Fluent-第7章-邊界條件課件

邊界條件的設(shè)定1精選課件邊界條件——WhyandWhat為了獲得物理問題（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) 直接影響了求解過程和所得到的結(jié)果.2精選課件邊界條件邊界條件的作用設(shè)置邊界條件流場(chǎng)的入口和出口壁面、重復(fù)周期邊界條件內(nèi)部單元區(qū)域內(nèi)部單元邊界3精選課件邊界條件的作用邊界條件邊界條件指引并限制流體運(yùn)動(dòng)。邊界條件是數(shù)學(xué)模型中必需的部分。指定進(jìn)入計(jì)算區(qū)域的通量：質(zhì)量動(dòng)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(chǎng)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(dòng)產(chǎn)生。內(nèi)部面只與流體區(qū)域有個(gè)而與固體區(qū)域無(wú)關(guān)。湍流中的K.E.湍流中的耗散率組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)outwallsin4精選課件邊界的種類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-vent出口pressure-fat-field壓力遠(yuǎn)場(chǎng)pressure-inlet壓力入口pressure-outlet壓力出口symmetry對(duì)稱velocity-inlet速度入口wall壁面5精選課件基本的邊界類型外部面一般:Pressureinlet,Pressureoutlet不可壓:Velocityinlet,Outflow可壓:Massflowinlet,Pressurefar-field特殊:Inletvent,outletvent,intakefan,exhaustfan其它:Wall,Symmetry,Periodic,Axis單元、區(qū)域FluidandSolid相交面Fan,Interior,PorousJump,Radiator,WallsinletoutletwallinteriorOrifice_plate

andorifice_plate-shadow6精選課件邊界條件定義速度入口流動(dòng)入口邊界的速度和標(biāo)量。壓力入口流動(dòng)入口邊界的總壓和其它標(biāo)量。質(zhì)量流動(dòng)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?yàn)楫?dāng)密度是常數(shù)時(shí)，速度入口邊界條件就確定了質(zhì)量流條件。壓力出口流動(dòng)出口的靜壓（在回流中還包括其它的標(biāo)量）。

當(dāng)出現(xiàn)回流時(shí)，使用壓力出口邊界條件來(lái)代替質(zhì)量出口條件常常有更好的收斂速度。壓力遠(yuǎn)場(chǎng)模擬無(wú)窮遠(yuǎn)處的自由可壓流動(dòng)，該流動(dòng)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。7精選課件邊界條件定義質(zhì)量出口假定除了壓力之外的所有流動(dòng)變量正法向梯度為零。模擬的流動(dòng)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(jì)算。進(jìn)風(fēng)口模擬具有指定的損失系數(shù)，流動(dòng)方向以及周圍（入口）環(huán)境總壓和總溫的進(jìn)風(fēng)口。進(jìn)氣扇邊界模擬外部進(jìn)氣扇，它具有指定的壓力跳躍，流動(dòng)方向以及周圍（進(jìn)口）總壓和總溫。通風(fēng)口模擬通風(fēng)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。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。8精選課件基本流程GambitBoundaryTypeFluidTypeFluentSolverSelectBoundarySetParameters9精選課件邊界條件的定義——Solver選擇求解器正對(duì)求解器選擇不同的邊界條件定義器10精選課件邊界條件的定義——SpecifyType選擇邊界對(duì)應(yīng)的幾何體默認(rèn)值：面選擇邊界的類型.鼠標(biāo)直接選取.對(duì)定義好的邊界可以再操作更改、刪除.11精選課件邊界條件的定義——SpecifyType選擇邊界對(duì)應(yīng)的幾何體默認(rèn)值：體選擇邊界的類型.鼠標(biāo)直接選取.對(duì)定義好的邊界可以再操作更改、刪除.12精選課件邊界條件的定義——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13精選課件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

BoundaryConditions...選擇要更改的幾何體從Type中選擇新的類型.14精選課件給定邊界條件參數(shù)在BCpanels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，也可以讀入.file

write-bcandfile

read利用UDFsandProfiles可以定義復(fù)雜的邊界條件15精選課件流場(chǎng)的入口和出口對(duì)計(jì)算區(qū)域的流場(chǎng)入口和出口可以選擇設(shè)置多種邊界條件。一下列出流場(chǎng)入口和出口可以使用的邊界條件：常用邊界條件PressureinletPressureoutlet不可壓流VelocityinletOutflow可壓流MassflowinletPressurefar-field特殊情況Inletvent,outletvent,intakefan,exhaustfan16精選課件VelocityInlet定義類型:Magnitude,NormaltoBoundaryComponentsMagnitudeandDirection默認(rèn)值為均勻流動(dòng)適用于incompressibleflows.Staticpressure相應(yīng)分布.Totalpressure同樣用于compressibleflows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.17精選課件壓力預(yù)處理絕對(duì)壓力是相對(duì)于真空而言的。絕對(duì)壓力可以用操作壓力和表壓來(lái)表示。靜壓是熱力學(xué)壓力。用絕對(duì)壓力和表壓的形式表示。邊界條件要求用表壓形式輸入。gaugepressureoperatingpressurepressureleveloperatingpressureabsolutepressurevacuum18精選課件壓力公式總壓（滯止壓力）用下面公式定義：1/2

v2為動(dòng)壓。由理想氣體定律密度由下面公式計(jì)算：不可壓流：可壓流：ptotal=pstatic+1/2

v219精選課件設(shè)置操作壓力（OperatingPressure）對(duì)可壓流：將設(shè)置操作壓力（OperatingPressure）設(shè)為0。將表壓作為絕對(duì)壓力處理。對(duì)不可壓流，密度為常值時(shí)，操作壓力（OperatingPressure）不起作用。對(duì)不可壓流，使用理想氣體定律計(jì)算密度：在菜單Define

Materials…中選擇incompressible-ideal-gas

。將操作壓力（OperatingPressure）設(shè)為問題中壓力的平均值。20精選課件PressureInlet(1)參數(shù)確定:TotalGaugePressure驅(qū)使流體運(yùn)動(dòng)的能量.StaticGaugePressure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TotalTemperature對(duì)于不可壓流作為靜溫.InletFlowDirectionIncompressibleflows:Compressibleflows:21精選課件PressureInlet(2)注意的是Gaugepressure必須給定.

Operatingpressure定義:Define

OperatingConditions同時(shí)適用compressible和incompressibleflows.Fluent計(jì)算時(shí)采用staticpressureandvelocity通過壓力面的通量由內(nèi)部條件和流動(dòng)方向決定.

22精選課件MassFlowInlet參數(shù)確定:(a)MassFlowRateor(b)MassFlux(a)給定恒定的流量(b)利用profiles/UDF定義StaticGaugePressure超音速有效該邊界初始化有效.TotalTemperature對(duì)于不可壓流動(dòng)為靜溫.InletFlowDirection一般用于compressible;也可用于incompressibleflows.Totalpressure由輸入變量求得.和pressureinlet相比.收斂性差23精選課件PressureOutlet給定staticgaugepressure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incompressibleflows在超音速條件下，忽略所給定的壓力值.可以被用來(lái)模擬自由流.24精選課件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incompressibleflows.不能和PressureInlet合用;入口只能是velocityinlet.不能用來(lái)模擬密度隨時(shí)間變化的問題.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題.25精選課件其它的邊界條件PressureFarField模擬idealgaslaw下的流動(dòng).通常給定free-streamMachnumber和靜態(tài)參數(shù).ExhaustFan/OutletVent給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù)InletVent/IntakeFan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)26精選課件確定湍流參數(shù)在入口（inlet）、出口（outlet)、外場(chǎng)(far-field)有湍流時(shí)要求定義以下參數(shù)：湍流動(dòng)能kFLUENT中有四種方法指定湍流參數(shù)：顯示給出k、

給出湍流強(qiáng)度和長(zhǎng)度尺度給出湍流強(qiáng)度和粘性比給出流體強(qiáng)度和水利直徑湍流強(qiáng)度和長(zhǎng)度尺度取決于上游流場(chǎng)情況，例如：渦輪的排氣

Intensity=20% Lengthscale=1-10%ofbladespan湍流耗散率27精選課件通過孔板和篩孔的下游流場(chǎng)

Intensity=10% Lengthscale=孔篩的尺度充分發(fā)展的管流

Intensity