09-fluent_boundary-conditions 边界条件解析

©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary边界条件IntroductoryFLUENTTraining4-2©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary定义边界条件要定义一个能产生特定结果的问题，必须在边界区域上给出独立的（流体）变量信息定义进入流动区域的质量流量、动量、能量、等等定义边界条件包括:定义边界类型（比如：入口、壁面、对称面）提供边界信息物理模型和边界类型不同，所需的数据类型也不同必须知道边界上变量的值，或者进行合理的近似边界条件定义不好会对结果产生重大影响基本原则4-3©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary基本原则基本原则尽可能选择流体进入或出去的地方作为边界不是必须的，但是会更利于解的收敛在垂直于边界方向上不应该有大的梯度减少边界附近网格扭曲度否则将在计算中过早引入误差21对上部压力边界进行修改，确定流体进入区域可用边界类型4-4©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary可用边界类型外部面常规－压力入口，压力出口不可压－速度入口，出口可压－质量流入口，压力远场，质量流出口其它－壁面，对称面，轴，周期特殊－通风口入口，通风口出口，进气风扇，排气风扇单元区域流体固体多孔介质热交换器内在面风扇，内部，散热器，壁面orificeplateplate-shadowoutletinletwall改变边界类型4-5©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary改变边界类型区域和区域类型在前处理程序中已经初始化定义了改变特定区域的区域类型在“区域”菜单中选择区域名也可以在图形区域中用右键选择边界区域在“类型”菜单中选择新的区域类型DefineBoundaryConditions…设置边界条件数据4-6©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary设置边界条件数据在边界条件面板中设置数据给特定域设置边界条件在Zone菜单中选择域名按Set键边界条件数据可以从一个区域复制到另一个边界数据能够在一个使用TUI命令的文件中储存和重新得到/file/write-bc/file/read-bc边界条件也可以由UDF和轮廓文件来定义速度入口4-7©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary速度入口速度定义方法大小，与边界方向垂直分量大小和矢量方向速度分布默认是均一的主要用于不可压流静压波动以满足给定的速度分布流体的总参数也是变化的对可压流使用速度入口可能导致非物理结果能够定义负的速度用来作为“速度出口”必须确保在多个入口的情况下质量守恒能够满足压力入口4-8©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary压力入口参数总压总温流动方向静压可压、不可压流22statictotalVPPIncompressibleflows:Compressibleflows:12absolutestaticabsolutetotalM211kkkPP2statictotalM211kTT质量入口流动4-9©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary质量入口流动必需的信息质量流率或者质量通量质量流率意味着均匀流动质量通量能够用分布或者UDF来定义对于二维轴对成问题，质量流率是单位时间通过2π弧度的质量，质量通量是单位时间通过一弧度的质量静压总温质量流动入口主要用于可压流；但是也可用于不可压流总压随着质量流的变化而变化比压力入口难收敛，优先选择压力入口压力出口4-10©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary压力出口必需的信息静压回流可能发生在迭代过程中或者最终结果回流方向对可压和不可压都适合如果流动是超音速，出口处压力可以忽略在外部或者自由流动计算中可以用来作为“自由”边界径向压力平衡选项出口流4-11©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary出口流不需要压力或者速度信息出口数据由内部外推得到对上游没有影响对所有流动变量，法向扩散为零适用于完全发展出口流动用于不可压流不能和压力入口同时使用（必须和速度入口同时使用）不能用于有密度变化的非定常流动当迭代时出现回流收敛速度较慢预期最后结果会出现回流不能使用示范多种出口4-12©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary示范多种出口多种出口的流动可以使用pressureoutlet或者outflow边界PressureoutletsOutflow:质量流率分数由FlowRateWeighting决定FRW默认设置为1(暗示等于flowrates)Staticpressurevariesamongexitstoaccommodateflowdistribution.静压在出口之间变化以适应流动分布velocity-inlet(V,T0)ORpressure-inlet(p0,T0)pressure-outlet(ps)2pressure-outlet(ps)1iiiimFRWFRWvelocity-inlet(V,T0)outflow(FRW2)outflow(FRW1)其它入口/出口边界条件4-13©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary其它入口/出口边界条件PressureFarField压力远场用指定的静态条件和自由流的马赫数来定义无穷远处自由可压流只有在密度符合理想气体规律情况下可以使用区域足够大ExhaustFan出口风扇模拟外部排气扇，给定一个压升和环境压力假定排气扇无限薄，并且流体通过排气扇的压升是流体速度的函数OutletVent排风口用指定的损失系数以及周围环境（排放处）压力与温度来定义一个出口风扇或者排风口IntakeFan/气风扇给定压力阶跃，流动方向和环境压力温度假定进口风扇无限薄，且有不连续压升，压力升高量是通过风扇速度的函数InletVent进风口给定进口损失系数，流动方向和进口环境压力及温度。通风压降正比于流体动压头和损失系数壁面4-14©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary壁面用来分离流体和固体区域在粘性流，无滑移条件下切向流速等于壁面的速度所有法向速度为零可以指定剪应力热边界条件几个可用类型壁面材料和厚度可以定义（细节问题将在热传导那课详细讨论）壁面粗糙度将会在湍流中定义基于当地流场结果计算壁面切向应力和热传导在壁面边界上可以指定平移和转动速度对称和轴边界4-15©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary对称和轴边界SymmetryBoundary对称边界用来降低计算量不需要输入参数流场和几何结构必须对称在对称平面上法向速度为零所有法向变量的梯度为零必须小心正确地定义对称边界位置AxisBoundary轴边界用于轴对称问题的中心线不需要输入必须与x轴正向相符合axissymmetryplanes周期边界4-16©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary周期边界用来减少网格总数流场和几何结构必须包括旋转或者平移周期转动型周期P=0通过周期平面.旋转轴必须在流场区域中定义平移型周期P在周期平面上是有限的.模型符合完全发展的条件定义每个周期的平均P或者净质量流率在GAMBIT中周期性边界定义是平移的Translationallyperiodicplanes2DTubeHeatExchangerFlow单元区域－流体4-17©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary单元区域－流体一个流体单元区域是由一系列单元体组成，求解同样的方程需要选择流体材料对多组分或者多相流动来说，材料没有显示出来，流体区域由相混合而成。可以定义源项质量，动量，能量，UDS，等等。如果要模拟过渡流就将流体区域定义为laminarflow。可以定义域为多孔介质定义转动型周期流动的旋转轴能够定义流体区域的运动多孔介质条件4-18©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary多孔介质条件多孔区域是流体区域的特殊类型在流体面板上激活PorousZone选项流动中的压力损失通过用户输入阻力系数来确定例如Packedbeds河床