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1、Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary Inventory #002445 4-1 CFX前處理 邊界條件 前處理 邊界條件 講座4講座 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-2 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件類型邊界條件類型 在所有需要進(jìn)行模擬計(jì)算區(qū)域的外表面上，都需要設(shè) 置邊界條
2、件(限制所需模擬的問(wèn)題) 對(duì)計(jì)算流體而言，只有5 種基本的邊界條件 入口入口入口入口自由流出口自由流出口自由流出口自由流出口 出口出口出口出口壁面壁面壁面壁面 對(duì)稱面對(duì)稱面對(duì)稱面對(duì)稱面 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-3 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 如前所示. 如何創(chuàng)建一個(gè)邊界條件如何創(chuàng)建一個(gè)邊界條件 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inv
3、entory #002445 4-4 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 定義一個(gè)邊界條件 基本設(shè)置 定義一個(gè)邊界條件 基本設(shè)置 邊界類型 入口, 出口, 開口, 壁面,對(duì)稱面 位置 在下拉菜單中選擇區(qū)域的部件或 是從所有的2D構(gòu)件中點(diǎn)選 坐標(biāo)系 如果存在多個(gè)坐標(biāo)系，請(qǐng)選擇正 確的一個(gè) 坐標(biāo)系類型 只有存在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的時(shí)候，才 會(huì)被激活. 允許用戶根據(jù)旋轉(zhuǎn)或 是靜止（絕對(duì)）坐標(biāo)系設(shè)置數(shù)值. 剖面邊界條件 在下幾章中進(jìn)行討論 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory
4、#002445 4-5 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 入口 速度分量-靜溫(熱傳導(dǎo)) 法向速度-總溫(熱傳導(dǎo)) 質(zhì)量流-總焓(熱傳導(dǎo)) 總壓(穩(wěn)定的) -相對(duì)靜壓(超聲速) 靜壓-入口湍流特性 出口 平均靜壓-法向速度 速度分量-質(zhì)量流 靜壓 開口 壓力和方向-溫度(熱傳導(dǎo)) 壓力(Entrainment) -靜溫(熱傳導(dǎo)) 靜壓和方向-來(lái)流湍流情況 靜壓(Entrainment) 速度分量 壁面 無(wú)滑移/ 滑移-絕熱(熱傳導(dǎo)) 粗糙度-固定溫度(熱傳導(dǎo)) 熱流(熱傳導(dǎo)) -熱傳導(dǎo)系數(shù)(熱傳導(dǎo)) 對(duì)稱面 無(wú)細(xì)節(jié)設(shè)置(只有被指定的區(qū)域才能相對(duì)于一個(gè)面進(jìn)行對(duì)稱)
5、 在這個(gè)講座的結(jié)在這個(gè)講座的結(jié)在這個(gè)講座的結(jié)在這個(gè)講座的結(jié) 尾部分由詳細(xì)的尾部分由詳細(xì)的尾部分由詳細(xì)的尾部分由詳細(xì)的 說(shuō)明說(shuō)明說(shuō)明說(shuō)明 定義邊界條件 邊界條件細(xì)節(jié) 定義邊界條件 邊界條件細(xì)節(jié) Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-6 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件的設(shè)置對(duì)收斂性和結(jié)果的準(zhǔn)確性有非 常大的影響 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS
6、, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-7 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 來(lái)流(入口) 法向速度50 m/s 流出(出口) 靜壓0 Pa Mass flow Mass flow 來(lái)流(入口) 法向速度50 m/s 流出(開口) 平均壓力0 Pa 實(shí)例1 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-8 CFX 11.0 ANSYS,
7、Inc. Proprietary 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 Mass flow diverges Outlet Mass flow Fast convergence of mass flow restart 來(lái)流(入口) 法向速度25 m/s 流出(出口) 靜壓 來(lái)流(入口) 靜壓 流出(開口) 靜壓 Example 2 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-9 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合
8、理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 對(duì)于一個(gè)求解問(wèn)題來(lái)講，邊界條件不要過(guò)度約束也不要 不足 約束過(guò)度 沒(méi)有給求解器足夠的自由空間來(lái)達(dá)到正確的解barb2right收斂困難 約束不足 沒(méi)有給求解器足夠的信息開始計(jì)算barb2right沒(méi)有物理結(jié)果 0 10 20 30 40 50 60 70 0 2 4 6 8 x y 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 x d y / d x Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-10 CFX 11.0 ANSYS
9、, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 實(shí)例 控制方程 1) 質(zhì)量守恒 2) X方向動(dòng)量守恒 5 m/s 10 m/s x Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-11 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 實(shí)例 情況1: 不可壓縮流體 1) 質(zhì)量守恒不可能barb2right求解發(fā)散 2) X方向動(dòng)量守恒 5 m/s 10 m/s x
10、Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-12 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 實(shí)例 情況2: 可壓縮流體 1) 質(zhì)量守恒過(guò)度約束 2) X方向動(dòng)量守恒約束不足 5 m/s 10 m/s x Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-13 CFX 11.0 ANSYS,
11、 Inc. Proprietary 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 實(shí)例 情況3: 最合理的設(shè)置 1) 質(zhì)量守恒好的邊界條件定義 2) X方向動(dòng)量守恒好的邊界條件定義 or 5 kg/s P static = 150 kPa 5 m/s x Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-14 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 我們推薦 最穩(wěn)健的設(shè)置最穩(wěn)健的設(shè)置最穩(wěn)健的設(shè)
12、置最穩(wěn)健的設(shè)置: 入口邊界設(shè)置為速度/質(zhì)量流; 出口邊界設(shè)置為靜壓 . 入口的總壓是模擬結(jié)果中隱含的結(jié)果. 穩(wěn)健的設(shè)置穩(wěn)健的設(shè)置穩(wěn)健的設(shè)置穩(wěn)健的設(shè)置:入口邊界設(shè)置為總壓;出口邊界設(shè)置為速度/質(zhì)量流. 出 口處的靜壓和入口處的速度是結(jié)果的一部分. 對(duì)初始條件敏感的設(shè)置對(duì)初始條件敏感的設(shè)置對(duì)初始條件敏感的設(shè)置對(duì)初始條件敏感的設(shè)置：：：：:入口邊界設(shè)置為總壓;出口邊界設(shè)置為 靜壓. 系統(tǒng)的質(zhì)量流是結(jié)果的一部分 非常不可靠的設(shè)置非常不可靠的設(shè)置非常不可靠的設(shè)置非常不可靠的設(shè)置:入口邊界設(shè)置為靜壓;出口邊界設(shè)置為靜壓. 這 個(gè)設(shè)置組合是不推薦的, 應(yīng)為入口的總壓和質(zhì)量流在結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)中 都是隱含的(這種邊界
13、條件的組合對(duì)于系統(tǒng)約束來(lái)說(shuō)，是非常脆 弱的). Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-15 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 從數(shù)值計(jì)算的角度來(lái)說(shuō), 延伸入口和出口的位置通 常上來(lái)講是非常有用的 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-16 CFX 11.0 ANS
14、YS, Inc. Proprietary 小心使用; 對(duì)稱的幾何不一定意味著對(duì)稱的流動(dòng) 實(shí)例:柯恩達(dá)效應(yīng). 在一個(gè)對(duì)稱管中的射流，當(dāng)雷諾數(shù)大于一 定的數(shù)量時(shí)，流動(dòng)將沿著其中的一側(cè)進(jìn)行. No Symmetry Plane Symmetry Plane 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 邊界條件 合理設(shè)置邊界條件 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-17 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 關(guān)鍵點(diǎn) 邊界條件 關(guān)鍵點(diǎn) 設(shè)置合理的邊界條件，不
15、要過(guò)度約束 選擇合理的計(jì)算域，使得最精確的邊界條件得 以施加 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary Inventory #002445 4-18 邊界條件 理論 邊界條件 理論 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-19 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 入口湍流狀態(tài)入口湍流狀態(tài) 除非湍流被模
16、擬，通常上湍流是通過(guò)模擬湍流 傳輸特性，例如k 和，來(lái)進(jìn)行解決的(講座3 計(jì)算域理論) 與質(zhì)量和動(dòng)量相似，湍流變量需要指定的邊界 條件 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-20 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 入口湍流狀態(tài)入口湍流狀態(tài) 在入口處的湍流度可以通過(guò)多種選項(xiàng)來(lái)指定( 細(xì)節(jié)請(qǐng)見下頁(yè)) 除非你對(duì)你要模擬的情況中的湍流等級(jí)一點(diǎn)都 不了解(在這種情況下，你可以使用中等 (Intensity = 5%) 選項(xiàng)), 你應(yīng)該精心的去選擇湍
17、 流強(qiáng)度和特征尺度 通常上來(lái)講，湍流強(qiáng)度的范圍是從1% 到5% ，但是這取決于你要模擬問(wèn)題的具體情況 系統(tǒng)默認(rèn)的湍流強(qiáng)度值是0.037 (即3.7%) ，它 對(duì)模擬一個(gè)進(jìn)入圓形入口的湍流是足夠的了, 并且這是一個(gè)在實(shí)驗(yàn)缺乏的條件下很好的估值. Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-21 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 入口湍流狀態(tài)入口湍流狀態(tài) 默認(rèn)湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度默認(rèn)湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度默認(rèn)湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度默認(rèn)湍
18、流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度 默認(rèn)的湍流強(qiáng)度是0.037 (3.7%) ，它和計(jì)算出的特征尺度一起使用估計(jì)入口的k和值. 特征長(zhǎng)度是考 慮到湍流變化范圍之后計(jì)算出來(lái)的. 通常上講，自動(dòng)計(jì)算出的特征長(zhǎng)度是不適合外流計(jì)算所需的. 湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度 這個(gè)選項(xiàng)允許你去指定一個(gè)湍流強(qiáng)度但是特征尺度仍然需要自動(dòng)計(jì)算. 湍流強(qiáng)度允許的范圍是被限制在 0.1%-10.0% 的范圍內(nèi)，相應(yīng)的代表很低的湍流程度到很高的團(tuán)里程度. 通常上講，自動(dòng)計(jì)算出的特征 長(zhǎng)度是不適合外流計(jì)算所需的 湍流強(qiáng)度和特征尺度湍流強(qiáng)度和特征尺度湍流強(qiáng)度和
19、特征尺度湍流強(qiáng)度和特征尺度 你可以直接指定湍流強(qiáng)度和特征尺度, 通過(guò)這兩個(gè)選項(xiàng)k和的值被計(jì)算出來(lái). 低湍流強(qiáng)度低湍流強(qiáng)度低湍流強(qiáng)度低湍流強(qiáng)度(Intensity = 1%) 這里定義了一個(gè)1% i的湍流強(qiáng)度和一個(gè)等于1渦粘率. 中湍流強(qiáng)度中湍流強(qiáng)度中湍流強(qiáng)度中湍流強(qiáng)度(Intensity = 5%) 這里定義了一個(gè)5% i的湍流強(qiáng)度和一個(gè)等于10渦粘率. 我們推薦這個(gè)選項(xiàng)，如果你不知道有關(guān)你要模擬情況的任何信息. 中湍流強(qiáng)度中湍流強(qiáng)度中湍流強(qiáng)度中湍流強(qiáng)度(Intensity = 10%) 這里定義了一個(gè)10% i的湍流強(qiáng)度和一個(gè)等于100渦粘率. 指定湍流強(qiáng)度和渦粘率指定湍流強(qiáng)度和渦粘率指定湍流強(qiáng)度和渦粘率指定湍流強(qiáng)度和渦粘率 使用這個(gè)選項(xiàng)如果你希望輸入自己的湍流強(qiáng)度和渦粘率. k 和和和和Epsilon 直接指定k和的值. 零梯度零梯度零梯度零梯度 使用這個(gè)選項(xiàng)設(shè)置充分發(fā)展的湍流情況
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