FLUENT入门03边界条件

APeraGlobalCompany©PERAChinaANSYSFLUENT培训教材第三节：边界条件安世亚太科技（北京）有限公司APeraGlobalCompany©PERAChina定义边界条件要确定一个有唯一解的物理问题，必须指定边界上的流场变量–指定进入流体域的质量流量、动量、能量等定义边界条件包括:–确定边界位置–提供边界上的信息边界条件类型和所采用的物理模型决定了边界上需要的数据你需要注意边界上的流体变量应该是已知的或可以合理预估的–不好的边界条件对计算结果影响很大APeraGlobalCompany©PERAChina流体域流体域是一系列单元的集合，在其上求解所有激活的方程需要选择流体材料–对多组分或多相流，流体域包含这些相的混合物输入的选择项–多孔介质域–源项–层流域–固定值域–辐射域APeraGlobalCompany©PERAChina多孔介质多孔介质是一种特殊的流体域–在Fluid面板中激活多孔介质域–通过用户输入的集总阻力系数来确定流动方向的压降用来模拟通过多孔介质的流动，或者流过其他均匀阻力的物体–堆积床–过滤纸–多孔板–流量分配器–管束输入各方向的粘性系数和惯性阻力系数APeraGlobalCompany©PERAChina固体域固体域是一组只求解导热问题而不求解流动方程的单元集合只需要输入材料名称选择项允许输入体积热源如果临近固体域的单元是旋转周期边界，需要指定旋转轴可以定义固体域的运动APeraGlobalCompany©PERAChinaFuelAirCombustorWallManifoldbox1Nozzle确定边界位置-例子在本例中，入口条件有三个可能的位置:1.进气管的上游•可以用均匀分布条件•考虑混合效应•非预混反应模型•需要更多单元2.喷嘴进口平面•非预混反应模型•需要精确的入口分布•流动仍然是非预混的3.喷嘴出口平面•预混反应模型•需要精确的分布•由于进口边界对流场的影响很大，不建议使用123APeraGlobalCompany©PERAChina一般的建议如果可能，边界的位置和形状能保证流体或者进入流体域，或者流出流体域–不是必须的，但这样能更好的收敛垂直边界的方向不应该有大的梯度–不正确的设置减少近边界的网格扭曲度–否则在计算早期会带来误差21Upperpressureboundarymodifiedtoensurethatflowalwaysentersdomain.APeraGlobalCompany©PERAChina边界条件类型外部边界–通用•PressureInlet•PressureOutlet–不可压缩流•VelocityInlet•Outflow(不建议用)–压缩流•MassFlowInlet•PressureFarField–其他•Wall•Symmetry•Axis•Periodic–特定•Inlet/OutletVent•Intake/ExhaustFan内部边界–Fan–Interior–PorousJump–Radiator–Wall域–Fluid–Solid–Porousmediaorificeoutletinletplateplate-shadowwallAPeraGlobalCompany©PERAChina改变边界条件类型域和域的类型在前处理阶段定义要改变边界条件类型：–在Zone列表中选择域名。–在Type下拉列表中选择希望的类型APeraGlobalCompany©PERAChina设定边界条件数据在BC面板中设置–设定指定边界的条件:•在项目树中选择边界条件•在Zone列表中选择边界名称•点击Edit–边界条件数据可以从一个面拷贝到其他面边界条件也可以通过UDF和分布文件定义.分布文件这样生成:–从其他CFD模拟写一个分布文件–创建一个有格式的文本文件APeraGlobalCompany©PERAChina速度进口指定速度–速度大小，垂直入口–方向分量–大小和方向指定入口均匀速度分布。如用UDF或者分布文件，可以指定分布入口条件速度入口用于不可压流动，不建议用于压缩流速度大小可以是负值，意味着出口。APeraGlobalCompany©PERAChina压力进口压力入口适用于压缩和不可压缩流–压力入口被处理为从滞止点到入口的无损失过渡–FLUENT计算静压和入口的速度–通过边界的流量随内部求解和指定的流动方向而改变需要的输入–表总压–超音速/初始表压–入口流动方向–湍流量（如是湍流的话）–总温(如果有传热和/或压缩）Incompressible:Compressible:APeraGlobalCompany©PERAChina流量入口流量入口是为可压缩流设计的，但也可以用于不可压流动–调整总压以适合流量入口–比压力入口更难收敛要求的信息–质量流量或流率–超音速/初始表压•如果当地为超音速，取静压，如果是亚音速，忽略此项。•如果初场由此边界设定的化，用于初场计算–总温（在Thermal面板）•对不可压缩流取静温–指定方向APeraGlobalCompany©PERAChina压力出口适用于压缩和不可压流动–如果流动在出口是超音速的，指定的压力被忽略–在外流或非封闭区域流动，作为自由边界条件要求输入–表压–流体流入环境的静压。–回流量–当有回流发生时，起到进口的作用对理想气体（可压缩）流动，可以使用无反射出口边界条件APeraGlobalCompany©PERAChina壁面边界条件粘性流动中，壁面采用无滑移边界条件–可以指定剪切应力.热边界条件–有几种类型的热边界条件。–对一维或薄壳导热计算，可以指定壁面材料和厚度（细节会在传热课程介绍）。对湍流可以指定壁面粗糙度–基于局部流场的壁面剪切应力和传热壁面可以设置平移或旋转速度APeraGlobalCompany©PERAChina对称面和轴对称面–不需要输入–流场和几何都需要是对称的:•对称面法向速度为零•对称面所有变量法向梯度为零•必须仔细确定正确的对称面位置轴–轴对称问题的中心线–不需要输入–必须和X轴正向重合SymmetryPlanesAxisAPeraGlobalCompany©PERAChina周期边界条件用来减少全局网格量流场和几何必须是旋转周期对称或平移周期对称–旋转周期对称•通过周期面的ΔP=0•在流体域中必须指定旋转轴–平移周期对称•通过周期面的ΔP必须有限•模型是充分发展条件.•指定每个周期的平均ΔP或质量流量如果没有在网格阶段定义周期条件，可以在FLUENTTUI中用下面命令指定/mesh/modify-zones/make-periodicTranslationallyperiodicplanes2DTubeHeatExchangerFlowRotationallyperiodicplanesAPeraGlobalCompany©PERAChina内部边界面只在单元的面上定义:–内部边界面的厚度为零–内部边界面上的变量可以突变用来实现下面一些物理模型:–风扇–散热器–多孔突变区域•相比多孔介质模型更易收敛–内部面APeraGlobalCompany©PERAChinaCase设置的复制要复制一个case设置:–通过TUI命令读写边界条件/file/write-bc创建一个边界条件文件/file/read-bc读入一个边界条件文件–可以把二维case的设置读入到三维case中inlet-1inlet-2outlet-2outlet-1fluidinlet-1inlet-2outlet-2outlet-12DFlowDomain(approximation)Actual3DFlowDomainAPeraGlobalCompany©PERAChina总结边界域用来控制求解时的外部和内部边界，有许多边界类型用来定义不同的边界信息实体域用来赋予流体或固体材料–选择项包括多孔介质域、层流域、固定值域等使用对称面和周期边界条件能减少计算量未介绍的其他边界条件类型见附录–远场压力–排气扇/出风口–进风口/抽气扇–出口APeraGlobalCompany©PERAChina附录APeraGlobalCompany©PERAChina其他边界条件压力远场条件–用来模拟无穷远处的可压缩自由流，输入静压和自由流马赫数–只有密度是用理想气体计算时可以使用压力远场条件压力出口的目标质量流量选项（不能用于多相流）–固定压力出口的流量（常数或UDF）–用TUI可以设置迭代方法排气扇/出风口–用指定的压升/压降系数以及环境压力和温度模拟排气扇或出风口的条件进风口/抽气扇–用指定的压降/压升系数以及环境压力和温度模拟进风口或进气扇的条件对LES/DES模拟的进口边界，在湍流模型一节中介绍APeraGlobalCompany©PERAChinaOutflow不需要压力或速度信息–出口平面的数据由内部数据外插得到–边界上加入质量流量平衡所有变量的法向梯度为零–流体在边界为充分发展outflow边界针对不可压缩流动–不能和压力进口同时使用（必须和速度进口一起使用）–不能用于变密度的非稳态流动有回流时收敛性很差.–最终解如有回流，不能使用此条件APeraGlobalCompany©PERAChina多出口模拟多出口流动可以使用压力出口或outflow–压力出口–要求知道下游压力，FLUENT计算每个出口的流量比例–Outflow:•流量比例由FlowRateWeighting(FRW)计算：•出口间的静压变化，以匹配设定的流量分配Velocityinlet(V,T0)ORPressureinlet(p0,T0)PressureoutletPressureoutletVelocityinlet(V,T0)Outflow(FRW2)Outflow(FRW1)谢谢©PERAChina