Fluent-第7章--边界条件

边界条件的设定边界条件——WhyandWhat为了获得物理问题（各种微分方程）的唯一解，必须对计算域边界设定各种参数值.如各种通量（热通量、质量通量）、运动状况等.边界条件内容:定义边界条件的位置信息(如进口、固体壁面、对称位置面)确定边界上的各种参数信息边界条件的具体内容和计算中采用的物理模型、边界条件的类型密切相关.必须仔细确定边界条件的参数直接影响了求解过程和所得到的结果.边界条件边界条件的作用设置边界条件流场的入口和出口壁面、重复周期边界条件内部单元区域内部单元边界边界条件的作用边界条件边界条件指引并限制流体运动。边界条件是数学模型中必需的部分。指定进入计算区域的通量：质量动量能量边界条件被分配到区域内区域是单元（流体或固体）或单元边界（流场边界或内部面）的集合。内部面主要用于后处理。内部面与区域相联系：内部的面可以从单元边界自动产生。内部面只与流体区域有个而与固体区域无关。湍流中的K.E.湍流中的耗散率组分质量分数outwallsin边界的种类axis轴边界exhaust-fan排气扇面inlet-vent排气口intake-fan入口扇面interface界面mass-flow-inlet质量入口outflow流出outlet-vent出口pressure-fat-field压力远场pressure-inlet压力入口pressure-outlet压力出口symmetry对称velocity-inlet速度入口wall壁面基本的边界类型外部面一般:Pressureinlet,Pressureoutlet不可压:Velocityinlet,Outflow可压:Massflowinlet,Pressurefar-field特殊:Inletvent,outletvent,intakefan,exhaustfan其它:Wall,Symmetry,Periodic,Axis单元、区域FluidandSolid相交面Fan,Interior,PorousJump,Radiator,WallsinletoutletwallinteriorOrifice_plateandorifice_plate-shadow边界条件定义速度入口流动入口边界的速度和标量。压力入口流动入口边界的总压和其它标量。质量流动入口可压流规定入口的质量流速。在不可压流中不必指定入口的质量流，因为当密度是常数时，速度入口边界条件就确定了质量流条件。压力出口流动出口的静压（在回流中还包括其它的标量）。当出现回流时，使用压力出口边界条件来代替质量出口条件常常有更好的收敛速度。压力远场模拟无穷远处的自由可压流动，该流动的自由流马赫数以及静态条件已经指定了。这一边界类型只用于可压流。边界条件定义质量出口假定除了压力之外的所有流动变量正法向梯度为零。模拟的流动出口的流速和压力未知。适合于出口完全发展。不适合于可压流计算。进风口模拟具有指定的损失系数，流动方向以及周围（入口）环境总压和总温的进风口。进气扇边界模拟外部进气扇，它具有指定的压力跳跃，流动方向以及周围（进口）总压和总温。通风口模拟通风口，它具有指定的损失系数以及周围环境（排放处）的静压和静温。排气扇边界模拟外部排气扇，它具有指定的压力跳跃以及周围环境（排放处）的静压。基本流程GambitBoundaryTypeFluidTypeFluentSolverSelectBoundarySetParameters边界条件的定义——Solver选择求解器正对求解器选择不同的边界条件定义器边界条件的定义——SpecifyType选择边界对应的几何体默认值：面选择边界的类型.鼠标直接选取.对定义好的边界可以再操作更改、删除.边界条件的定义——SpecifyType选择边界对应的几何体默认值：体选择边界的类型.鼠标直接选取.对定义好的边界可以再操作更改、删除.边界条件的定义——Define在Fluent中定义边界条件的具体值各种边界条件的参数可以重新定义边界类型重新定义边界条件一般边界条件在预处理软件中定义.可以在Fluent中更改:DefineBoundaryConditions...选择要更改的几何体从Type中选择新的类型.给定边界条件参数在BCpanels中直接赋值.给选定的边界设定:从Zone菜单中选择边界.点击Set按钮利用Copy按钮可以复制边界条件.边界条件的内容可以存盘，也可以读入.filewrite-bcandfileread利用UDFsandProfiles可以定义复杂的边界条件流场的入口和出口对计算区域的流场入口和出口可以选择设置多种边界条件。一下列出流场入口和出口可以使用的边界条件：常用边界条件PressureinletPressureoutlet不可压流VelocityinletOutflow可压流MassflowinletPressurefar-field特殊情况Inletvent,outletvent,intakefan,exhaustfanVelocityInlet定义类型:Magnitude,NormaltoBoundaryComponentsMagnitudeandDirection默认值为均匀流动适用于incompressibleflows.Staticpressure相应分布.Totalpressure同样用于compressibleflows将有可能导致非物理解.速度设定为负值时，可以用来表示出口.但是必须要保证流量平衡.压力预处理绝对压力是相对于真空而言的。绝对压力可以用操作压力和表压来表示。静压是热力学压力。用绝对压力和表压的形式表示。边界条件要求用表压形式输入。operatinggaugeabsolutepppgaugepressureoperatingpressurepressureleveloperatingpressureabsolutepressurevacuum压力公式总压（滞止压力）用下面公式定义：1/2v2为动压。由理想气体定律密度由下面公式计算：不可压流：可压流：ptotal=pstatic+1/2v2pRToperatingRTpabsolute设置操作压力（OperatingPressure）对可压流：将设置操作压力（OperatingPressure）设为0。将表压作为绝对压力处理。对不可压流，密度为常值时，操作压力（OperatingPressure）不起作用。对不可压流，使用理想气体定律计算密度：在菜单DefineMaterials…中选择incompressible-ideal-gas。将操作压力（OperatingPressure）设为问题中压力的平均值。PressureInlet(1)参数确定:TotalGaugePressure驱使流体运动的能量.StaticGaugePressure超音速流动时静压;亚音速时忽略从该边界初始化时有用TotalTemperature对于不可压流作为静温.InletFlowDirection21(1)2totalstatickTTM2/(1),,1(1)2kktotalabsstaticabskppM221vppstatictotalIncompressibleflows:Compressibleflows:PressureInlet(2)注意的是Gaugepressure必须给定.Operatingpressure定义:DefineOperatingConditions同时适用compressible和incompressibleflows.Fluent计算时采用staticpressureandvelocity通过压力面的通量由内部条件和流动方向决定.operatinggaugeabsolutepppMassFlowInlet参数确定:(a)MassFlowRateor(b)MassFlux(a)给定恒定的流量(b)利用profiles/UDF定义StaticGaugePressure超音速有效该边界初始化有效.TotalTemperature对于不可压流动为静温.InletFlowDirection一般用于compressible;也可用于incompressibleflows.Totalpressure由输入变量求得.和pressureinlet相比.收敛性差PressureOutlet给定staticgaugepressure作为出口处的环境压力.可以定义径向的压力分布.Backflow收敛过程出现最终结果如此.方向是垂直于边界.适用于compressible和incompressibleflows在超音速条件下，忽略所给定的压力值.可以被用来模拟自由流.Outflow不需指定任何速度和压力信息.由内部区域来传递信息.边界上保持流量平衡.在Outflow面上所有参数梯度为零近似于充分发展流适用于incompressibleflows.不能和PressureInlet合用;入口只能是velocityinlet.不能用来模拟密度随时间变化的问题.当存在回流时，很难收敛不能模拟最终结果存在回流的物理问题.其它的边界条件PressureFarField模拟idealgaslaw下的流动.通常给定free-streamMachnumber和静态参数.ExhaustFan/OutletVent给定压力损失系数（压力降）以及环境参数InletVent/IntakeFan模拟风扇运动.给定压力损失系数（压力降）以及环境参数确定湍流参数在入口（inlet）、出口（outlet)、外场(far-field)有湍流时要求定义以下参数：湍流动能kFLUENT中有四种方法指定湍流参数：显示给出k、给出湍流强度和长度尺度给出湍流强度和粘性比给出流体强度和水利直径湍流强度和长度尺度取决于上游流场情况，例如：涡轮的排气Intensity=20%Lengthscale=1-10%ofbladespan湍流耗散率通过孔板和筛孔的下游流场Intensity=10%Lengthscale=孔筛的尺度充分发展的管流Intensity=5%Lengthscale=水利直径确定湍流参数WallBoundaries速度：无滑移切向速度和固壁面速度相等.法向速度为零可以定义壁面剪切力.热边界:几种不同的条件包括定义壁面厚度.定义运动的壁面.SymmetryandAxisBoundariesSymmetryBoundary简化计算量.不需任何参数.计算域和几何形状必须对称:对称面上法向速度为零所有的变量法向梯度为零AxisBoundary模拟二维轴对称问题.不需任何参数.symmetryplanesPeriodicBoundaries减小计算量.计算域为周期性运动区域.周期性旋转:周期面上p=0.周期性平动:在周期面上允许有限的p.模拟充分发展流.在Gambit中预先定义为translational.Translationallyperiodicplanes2DtubeheatexchangerflowRotationallyperiodicplanes区域定义:FluidFluidzone=求解的流体计算域.确定Fluidmaterial.确定各种源项:质量、运动、能量等定义为多空介质定义旋转等周期性运动.定义各种运动方式.