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1、邊界條件的設定 邊界條件 Why and What 為了獲得物理問題（各種微分方程）的 唯一解 ， 必須對計算域邊界設定各種參數(shù)值 . 如各種通量（熱通量、質(zhì)量通量）、運動狀況等 . 邊界條件內(nèi)容 : 定義邊界條件的 位置信息 (如進口、固體壁面、對稱位 置面 ) 確定邊界上的各種 參數(shù)信息 邊界條件的具體內(nèi)容和計算中采用的物理模型、 邊界條件的類型密切相關(guān) . 必須仔細確定邊界條件的參數(shù) 直接影響了求解過程和所得到的結(jié)果 . 邊界條件 邊界條件的作用 設置邊界條件 流場的入口和出口 壁面、重復周期邊界條件 內(nèi)部單元區(qū)域 內(nèi)部單元邊界 邊界條件的作用 邊界條件 邊界條件指引并限制流體運動。 邊
2、界條件是數(shù)學模型中必需的部分。 指定進入計算區(qū)域的通量： 質(zhì)量 動量 能量 邊界條件被分配到區(qū)域內(nèi) 區(qū)域是單元（流體或固體）或單元邊界（流場邊界或 內(nèi)部面）的集合。 內(nèi)部面主要用于后處理。 內(nèi)部面與區(qū)域相聯(lián)系： 內(nèi)部的面可以從單元邊界自動產(chǎn)生。 內(nèi)部面只與流體區(qū)域有個而與固體區(qū)域無關(guān)。 湍流中的 K.E. 湍流中的耗散率 組分質(zhì)量分數(shù) out walls in 邊界的種類 axis 軸邊界 exhaust-fan 排氣扇面 inlet-vent 排氣口 intake-fan 入口扇面 interface 界面 mass-flow-inlet 質(zhì)量入口 outflow 流出 outlet-ven
3、t 出口 pressure-fat-field 壓力遠場 pressure-inlet 壓力入口 pressure-outlet 壓力出口 symmetry 對稱 velocity-inlet 速度入口 wall 壁面 基本的邊界類型 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, Symme
4、try, 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 邊界條件定義 速度入口 流動入口邊界的速度和標量。 壓力入口 流動入口邊界的總壓和其它標量。 質(zhì)量流動入口 可壓流規(guī)定入口的質(zhì)量流速。 在不可壓流中不必指定入口的質(zhì)量流，因為當密度是常 數(shù)時，速度入口邊界條件就確定了質(zhì)量流條件。 壓力出口 流動出口的靜壓（在回流中還包括 其它的標量）。
5、 當出現(xiàn)回流時，使用壓力出口邊界條件來代替質(zhì)量出 口 條件常常有更好的收斂速度。 壓力遠場 模擬無窮遠處的自由可壓流動，該流 動的自由流馬赫數(shù)以及靜態(tài)條件已經(jīng) 指定了。這一邊界類型只用于可壓 流。 邊界條件定義 質(zhì)量出口 假定除了壓力之外的所有流動變量正法 向梯度為零。模擬的流動出口的流速和 壓力未知。適合于出口完全發(fā)展。不適 合于可壓流計算。 進風口 模擬具有指定的損失系數(shù)，流動方向以 及周圍（入口）環(huán)境總壓和總溫的進風口。 進氣扇邊界 模擬外部進氣扇，它具有指定的壓力跳躍， 流動方向以及周圍（進口）總壓和總溫。 通風口 模擬通風口，它具有指定的損失系數(shù)以及周 圍環(huán)境（排放處）的靜壓和靜溫。
6、 排氣扇邊界 模擬外部排氣扇，它具有指定的壓力跳躍以 及周圍環(huán)境（排放處）的靜壓。 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 正對求解器選擇不同的 邊界條件定義器 邊界條件的定義 Specify Type 選擇邊界對應的幾何體 默認值：面 選擇邊界的類型 . 鼠標直接選取 . 對定義好的邊界可以再 操作 更改、刪除 . 邊界條件的定義 Specify Type 選擇邊界對應的幾何體 默認值：體 選擇邊界的類型 . 鼠標直接選取 .
7、對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型 重新定義邊界條件 一般邊界條件在預處理軟件中定義 . 可以在 Fluent中更改 : Define Boundary Conditions. 選擇要更改的幾何體 從 Type中選擇新的類型 . 給定邊界條件參數(shù) 在 BC panels中直接賦值 . 給選定的邊界設定 : 從 Zone菜單中選擇邊界 . 點擊 Set按鈕 利用 Copy按鈕可以復制邊界條件 . 邊界條件的內(nèi)容可以存盤， 也可以讀入 . file write-bc and fi
8、le read 利用 UDFs and Profiles可以 定義復雜的邊界條件 流場的入口和出口 對計算區(qū)域的流場入口和出口可以選擇設置多 種邊界條件。 一下列出流場入口和出口可以使用的邊界條件： 常用邊界條件 Pressure inlet Pressure outlet 不可壓流 Velocity inlet Outflow 可壓流 Mass flow inlet Pressure far-field 特殊情況 Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan Velocity Inlet 定義類型 : Magnitude, Normal t
9、o Boundary Components Magnitude and Direction 默認值為均勻流動 適用于 incompressible flows. Static pressure 相應分布 . Total pressure 同樣 用于 compressible flows 將有可能導致非物理解 . 速度設定為負值時，可以用來表示出口 . 但是必須要保證流量平衡 . 壓力預處理 絕對壓力是相對于真空而言的。 絕對壓力可以用操作壓力和表壓來 表示。 靜壓是熱力學壓力。 用絕對壓力和表壓的形式表示。 邊界條件要求用表壓形式輸入。 o p e r a t i n gg a u g ea
10、b s o l u t e ppp gauge pressure operating pressure pressure level operating pressure absolute pressure vacuum 壓力公式 總壓（滯止壓力）用下面公式定義： 1/2 v2為動壓。 由理想氣體定律密度由下面公式計算： 不可壓流： 可壓流： ptotal = pstatic + 1/2 v2 p RTop erat in g RT p absolute 設置操作壓力 （ Operating Pressure） 對可壓流： 將設置操作壓力（ Operating Pressure）設為 0。 將
11、表壓作為絕對壓力處理。 對不可壓流，密度為常值時，操作壓力 （ Operating Pressure）不起作用。 對不可壓流，使用理想氣體定律計算密度： 在菜單 Define Materials 中選擇 incompressible- ideal-gas 。 將操作壓力（ Operating Pressure）設為問題中壓力 的平均值。 Pressure Inlet (1) 參數(shù)確定 : Total Gauge Pressure 驅(qū)使流體運動的能量 . Static Gauge Pressure 超音速流動時靜壓 ; 亞音速時忽略 從該邊界初始化時有用 Total Temperature 對于
12、不可壓流作為靜溫 . Inlet Flow Direction 21(1 ) 2to ta l s ta tic kT T M 2 /( 1 ) , 1( 1 ) 2 kk total abs s tatic abs kp p M 221 vpp s ta ticto ta l Incompressible flows: Compressible flows: Pressure Inlet (2) 注意的是 Gauge pressure 必須給定 . Operating pressure 定義 : Define Operating Conditions 同時適用 compressible 和
13、incompressible flows. Fluent 計算時采用 static pressure and velocity 通過壓力面的通量由內(nèi)部條件和流動方向決定 . o p e r a t i n gg a u g ea b s o l u t e ppp 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 Temperature 對于不可壓流動為靜溫 . Inle
14、t 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 . 可以被用來模擬自由流 . Outflow 不
15、需指定任何速度和壓力信息 . 由內(nèi)部區(qū)域來傳遞信息 . 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. 不能用來模擬密度隨時間變化的問題 . 當存在回流時，很難收斂 不能模擬最終結(jié)果存在回流的物理問題 . 其它的邊界條件 Pressure Far Field 模擬 ideal gas law下的流動 . 通常給定 free-stream Mach number 和靜態(tài)參數(shù) . Exhaust Fan/Outlet Ven
16、t 給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù) Inlet Vent/Intake Fan 模擬風扇運動 . 給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù) 確定湍流參數(shù) 在入口（ inlet ）、出口（ outlet)、外場 (far-field) 有湍流時要求定義以下參數(shù)： 湍流動能 k FLUENT中有四種方法指定湍流參數(shù)： 顯示給出 k、 給出湍流強度和長度尺度 給出湍流強度和粘性比 給出流體強度和水利直徑 湍流強度和長度尺度取決于上游流場情況，例如： 渦輪的排氣 Intensity = 20 % Length scale = 1 - 10 % of blade span 湍流耗散率 通過孔板和篩
17、孔的下游流場 Intensity = 10 % Length scale = 孔篩的尺度 充分發(fā)展的管流 Intensity = 5 % Length scale = 水利直徑 確定湍流參數(shù) Wall Boundaries 速度：無滑移 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 . 定義運動的壁面 . Symmetry and Axis Boundaries Symmetry Boundary 簡化計算量 . 不需任何參數(shù) . 計算域和幾何形狀必須對稱 : 對稱面上法向速度為零 所有的變量法向梯度為零 Axis Bound
18、ary 模擬二維軸對稱問題 . 不需任何參數(shù) . symmetry planes Periodic Boundaries 減小計算量 . 計算域為周期性運動區(qū)域 . 周期性旋轉(zhuǎn) : 周期面上 p = 0. 周期性平動 : 在周期面上允許有限的 p . 模擬充分發(fā)展流 . 在 Gambit中預先 定義為 translational. Translationally periodic planes 2D tube heat exchanger flow Rotationally periodic planes 區(qū)域定義 : Fluid Fluid zone = 求解的流體計算域 . 確定 Fluid material. 確定各種源項 : 質(zhì)量、運動、能量等 定義為多空介質(zhì) 定義旋轉(zhuǎn)等周期性運動 . 定義各種運動方式 .
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