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1、計(jì)算傳熱學(xué)CFD軟件介紹/培訓(xùn),南京航空航天大學(xué) 能源與動(dòng)力學(xué)院 2003.5,僅供內(nèi)部教學(xué)使用。如有任何版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)和聯(lián)系,,邊界條件的設(shè)定,邊界條件Why and What,為了獲得物理問(wèn)題（各種微分方程）的唯一解，必須對(duì)計(jì)算域邊界設(shè)定各種參數(shù)值. 如各種通量（熱通量、質(zhì)量通量）、運(yùn)動(dòng)狀況等. 邊界條件內(nèi)容: 定義邊界條件的位置信息 (如進(jìn)口、固體壁面、對(duì)稱(chēng)位置面) 確定邊界上的各種參數(shù)信息 邊界條件的具體內(nèi)容和計(jì)算中采用的物理模型、邊界條件的類(lèi)型密切相關(guān). 必須仔細(xì)確定邊界條件的參數(shù) 直接影響了求解過(guò)程和所得到的結(jié)果.,分析流程,1. 來(lái)流條件 均勻性 非預(yù)混模型 考慮混合效果 2.
2、噴嘴進(jìn)口 非預(yù)混模型 參數(shù)要求高 3. 噴嘴出口 預(yù)混模型 參數(shù)要求高,基本原則,設(shè)定在流體的進(jìn)、出口 可以有利于收斂. 在垂直于邊界上不應(yīng)該 存在很大的參數(shù)梯度. 導(dǎo)致不同的結(jié)果. 減小邊界附近的網(wǎng)格 扭曲度. 導(dǎo)致計(jì)算早期誤差過(guò)大.,,基本的邊界類(lèi)型,外部面 一般: Pressure inlet, Pressure outlet 不可壓: Velocity inlet, Outflow 可壓: Mass flow inlet, Pressure far-field 特殊: Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan 其它: Wall
3、, Symmetry, Periodic, Axis 單元、區(qū)域 Fluid and Solid 相交面 Fan, Interior, Porous Jump, Radiator, Walls,inlet,outlet,wall,interior,Orifice_plate and orifice_plate-shadow,,,,,,,,,,,,基本流程,,Gambit,Boundary Type,Fluid Type,Fluent,,,Solver,,,,Select Boundary,Set Parameters,,邊界條件的定義Solver,選擇求解器 正對(duì)求解器選擇不同的邊界條件定義
4、器,邊界條件的定義Specify Type,選擇邊界對(duì)應(yīng)的幾何體 默認(rèn)值：面 選擇邊界的類(lèi)型. 鼠標(biāo)直接選取. 對(duì)定義好的邊界可以再操作 更改、刪除.,邊界條件的定義Specify Type,選擇邊界對(duì)應(yīng)的幾何體 默認(rèn)值：體 選擇邊界的類(lèi)型. 鼠標(biāo)直接選取. 對(duì)定義好的邊界可以再操作 更改、刪除.,邊界條件的定義Define,在Fluent中定義邊界條件的具體值 各種邊界條件的參數(shù) 可以重新定義邊界類(lèi)型,重新定義邊界條件,一般邊界條件在預(yù)處理軟件中定義. 可以在Fluent中更改: Define Boundary Conditions... 選擇要更改的幾何體 從Type中選擇新的類(lèi)型.,給定
5、邊界條件參數(shù),在 BC panels中直接賦值. 給選定的邊界設(shè)定: 從Zone菜單中選擇邊界. 點(diǎn)擊Set按鈕 利用Copy按鈕可以復(fù)制邊界條件. 邊界條件的內(nèi)容可以存盤(pán)， 也可以讀入. file write-bc and file read 利用 UDFs and Profiles可以 定義復(fù)雜的邊界條件,,Velocity Inlet,定義類(lèi)型: Magnitude, Normal to Boundary Components Magnitude and Direction 默認(rèn)值為均勻流動(dòng) 適用于 incompressible flows. Static pressure 相應(yīng)分布
6、. Total pressure 同樣 用于 compressible flows 將有可能導(dǎo)致非物理解. 速度設(shè)定為負(fù)值時(shí)，可以用來(lái)表示出口. 但是必須要保證流量平衡.,Pressure Inlet (1),參數(shù)確定: Total Gauge Pressure 驅(qū)使流體運(yùn)動(dòng)的能量. Static Gauge Pressure 超音速流動(dòng)時(shí)靜壓; 亞音速時(shí)忽略 從該邊界初始化時(shí)有用 Total Temperature 對(duì)于不可壓流作為靜溫. Inlet Flow Direction,Pressure Inlet (2),注意的是 Gauge pressure 必須給定. Operating p
7、ressure 定義: Define Operating Conditions 同時(shí)適用 compressible 和 incompressible flows. Fluent 計(jì)算時(shí)采用 static pressure and velocity 通過(guò)壓力面的通量由內(nèi)部條件和流動(dòng)方向決定. 可以被用作模擬“Free”面.,Mass Flow Inlet,參數(shù)確定: (a) Mass Flow Rate or (b) Mass Flux (a) 給定恒定的流量 (b) 利用 profiles/UDF定義 Static Gauge Pressure 超音速有效 該邊界初始化有效. Total Te
8、mperature 對(duì)于不可壓流動(dòng)為靜溫. Inlet Flow Direction 一般用于 compressible; 也可用于 incompressible flows. Total pressure 由輸入變量求得. 和 pressure inlet相比.收斂性差,Pressure Outlet,給定 static gauge pressure 作為出口處的環(huán)境壓力. 可以定義徑向的壓力分布. Backflow 收斂過(guò)程出現(xiàn) 最終結(jié)果如此. 方向是垂直于邊界. 適用于 compressible 和 incompressible flows 在超音速條件下，忽略所給定的壓力值. 可以被用
9、來(lái)模擬自由流.,Outflow,不需指定任何速度和壓力信息. 由內(nèi)部區(qū)域來(lái)傳遞信息. 邊界上保持流量平衡. 在Outflow面上所有參數(shù)梯度為零 近似于充分發(fā)展流 適用于 incompressible flows. 不能和 Pressure Inlet合用; 入口只能是 velocity inlet. 不能用來(lái)模擬密度隨時(shí)間變化的問(wèn)題. 當(dāng)存在回流時(shí)，很難收斂 不能模擬最終結(jié)果存在回流的物理問(wèn)題.,可以利用 Pressure Outlet 和 Outflow boundaries. Pressure Outlets Outflow: 出口流量定義如下: mi=FRWi/FRWi where
10、0 < FRW < 1. FRW 為 1 表示均勻分布,多通道出口,其它的邊界條件,Pressure Far Field 模擬 ideal gas law下的流動(dòng). 通常給定 free-stream Mach number 和靜態(tài)參數(shù) . Exhaust Fan/Outlet Vent 給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù) Inlet Vent/Intake Fan 模擬風(fēng)扇運(yùn)動(dòng). 給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù),Wall Boundaries,速度：無(wú)滑移 切向速度和固壁面速度相等. 法向速度為零 可以定義壁面剪切力. 熱邊界: 幾種不同的條件 包括定義壁面厚度. 定義運(yùn)動(dòng)的壁面.
11、,,Symmetry and Axis Boundaries,Symmetry Boundary 簡(jiǎn)化計(jì)算量. 不需任何參數(shù). 計(jì)算域和幾何形狀必須對(duì)稱(chēng): 對(duì)稱(chēng)面上法向速度為零 所有的變量法向梯度為零 Axis Boundary 模擬二維軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題. 不需任何參數(shù).,,Periodic Boundaries,減小計(jì)算量. 計(jì)算域?yàn)橹芷谛赃\(yùn)動(dòng)區(qū)域. 周期性旋轉(zhuǎn): 周期面上p = 0. 周期性平動(dòng): 在周期面上允許有限的p . 模擬充分發(fā)展流. 在Gambit中預(yù)先 定義為 translational.,區(qū)域定義: Fluid,Fluid zone = 求解的流體計(jì)算域. 確定Fluid material. 確定各種源項(xiàng): 質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)、能量等 定義為多空介質(zhì) 定義旋轉(zhuǎn)等周期性運(yùn)動(dòng). 定義各種運(yùn)動(dòng)方式.,Porous Media,按照流體區(qū)域處理. 選擇 Porous Zone 項(xiàng). 給定壓降參數(shù) 可以模擬多種物理現(xiàn)象 硫化床 過(guò)濾器 多孔平面,區(qū)域定義: Solid,只求解熱平衡方程. 確定固體類(lèi)型 可以定義內(nèi)部的熱源 也可定義各種形式的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).,
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