5-边界条件类型汇总
fluent中边界条件的类型
fluent中边界条件的类型Fluent中边界条件的类型在Fluent中，边界条件是指在仿真模拟过程中，用于限定模型的边界或区域范围的条件。
这些边界条件的设置对于模拟结果的准确性和可靠性具有重要作用。
在Fluent中，常见的边界条件类型包括：入口边界条件、出口边界条件、壁面边界条件、对称边界条件和周期性边界条件。
一、入口边界条件入口边界条件是指流体进入仿真模型的边界条件。
在Fluent中，常见的入口边界条件类型有：速度入口、质量流入口和压力入口。
速度入口边界条件是通过指定流体的速度矢量来定义的，可以根据实际情况指定不同方向的速度分量。
质量流入口边界条件是通过指定流体的质量流率来定义的，常用于气体或液体进入模型的情况。
压力入口边界条件是通过指定流体的压力值来定义的，适用于流体进入模型时压力已知的情况。
二、出口边界条件出口边界条件是指流体离开仿真模型的边界条件。
在Fluent中，常见的出口边界条件类型有：压力出口和速度出口。
压力出口边界条件是通过指定流体的压力值来定义的，适用于流体离开模型时压力已知的情况。
速度出口边界条件是通过指定流体的速度矢量来定义的，可以根据实际情况指定不同方向的速度分量。
三、壁面边界条件壁面边界条件是指模型中的实体表面，通过设置壁面边界条件来模拟流体与实体表面的相互作用。
在Fluent中，常见的壁面边界条件类型有：壁面摩擦和壁面热传导。
壁面摩擦边界条件用于模拟流体与实体表面间的摩擦作用，可以通过设置壁面摩擦系数来定义。
壁面热传导边界条件用于模拟流体与实体表面间的热传导作用，可以通过设置壁面热传导系数来定义。
四、对称边界条件对称边界条件是指模型中的对称面，通过设置对称边界条件来模拟流体在对称面上的行为。
在Fluent中，常见的对称边界条件类型有：对称面和对称压力。
对称面边界条件要求流体在对称面上的速度和温度分量与对称面的法向分量相等。
对称压力边界条件要求流体在对称面上的压力与对称面的压力相等。
边界条件分类
边界条件分类FLUENT 中的入口和出口边界包括下列十种形式：（1）速度入口条件：在入口边界给定速度和其他标量属性的值。
（2）压强入口条件：在入口边界给定总压和其他标量变量的值。
（3）质量流入口条件：在计算可压缩流时，给定入口处的质量流量。
因为不可压流的密度是常数，所以在计算不可压流时不必给定质量流条件，只要给定速度条件就可以确定质量流量。
（4）压强出口条件：用于在流场出口处给定静压和其他标量变量的值。
在出口处定义出口（outlet）条件，而不是定义出流（outflow）条件，是因为前者在迭代过程中更容易收敛，特别是在出现回流的时候。
（5）压强远场条件：这种类型的边界条件用于给定可压缩流的自由流边界条件，即在给定自由流马赫数和静参数条件确定后，给定无限远处的压强条件。
这种边界条件只能用于可压缩流计算。
（6）出流边界条件：如果在计算完成前无法确定压强和速度时，可以使用出流条件。
这种边界条件适用于充分发展的流场，其做法是将除压强以外的所有流动参数的法向梯度都设为零。
这种边界条件不适用于可压缩流。
（7）入口通风条件：这种边界条件的设置需要给定损失系数、流动方向、环境总压和总温。
（8）进气风扇条件：在假设入口处存在吸入式风扇的情况下，可以用这种边界条件设FLUENT6.1 全攻略6定压强跳跃、流动方向、环境总压和总温。
（9）出口通风条件：在出口处给定损失系数、流动方向、环境总压和总温。
（10）排气风扇条件：在假设出口处存在排气风扇的情况下，给定出口处的压强跳跃和静压。
边界条件大致分为下列几类：（1）流体进出口条件：包括压强入口、速度入口、质量入口、吸气风扇、入口通风、压强出口、压强远场、出口流动、出口通风和排气风扇等条件。
（2）壁面条件：包括固壁条件、对称轴（面）条件和周期性边界条件。
（3）内部单元分区：包括流体分区1和固体分区。
（4）内面边界条件：包括风扇、散热器、多孔介质阶跃和其他内部壁面边界条件。
《边界条件教程》课件
Dirichlet边界条件是一种常见的边界条件，它指定了函数在边界上的值。
详细描述
在解决偏微分方程时，常常会遇到各种边界条件。其中，Dirichlet边界条件规定 了函数在边界上的取值，即要求函数在边界上达到特定的值。这种边界条件通常 用于控制流动、热传导等问题，以确保物理现象的合理性和实际意义。
Neumann边界条件
总结词
Neumann边界条件规定了函数在边界上的导数值。
详细描述
与Dirichlet边界条件不同，Neumann边界条件关注的是函数在边界上的导数。这种边界条件通常用于描述物理 现象的流出或流入，例如流体流动、热传导等。在解决偏微分方程时，Neumann边界条件可以确保物理量的连 续性和自然边界条件。
在有限差分法中实现边界条件
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反射边界条件
在有限差分法中，对于反射边界，可以通过设置 边界上的网格点与相邻网格点的物理量相等来实 现。
吸收边界条件
对于吸收边界，可以通过设置边界上的网格点物 理量与相邻网格点物理量相同，但方向相反来实 现。
周期性边界条件
对于周期性边界条件，可以通过设置边界上的网 格点物理量与相邻网格点物理量相同来实现。
解的误差分析
评估边界条件对解的误差的影响，了解误差来源和误差传播机制。
解的敏感性和鲁棒性
分析边界条件对解的敏感性和鲁棒性的影响，了解解的稳定性和可 靠性。
05 边界条件的实际应用
在流体动力学中的应用
总结词
描述边界条件在流体动力学中的重要性及应用。
详细描述
在流体动力学中，边界条件是描述流体与固体边界相互作用的关键因素。它们 决定了流体在边界上的行为，如流动速度、压力和温度等。边界条件的应用范 围广泛，包括航空航天、船舶、汽车和能源等领域。
数理方程中边界条件的分类
数理方程中边界条件的分类
数理方程的边界条件是指在正确求解数学方程时必须考虑的条件，其中影响因素包括多维应用和非线性特性，而这些条件的定义又将决定方程的解决方案。
一般而言，数学方程的边界条件可以分为两类：一类是边界条件的边界条件，另一类是称为内部边界条件。
第一类是边界边界条件，顾名思义，它取决于方程两边的边界处的定义。
边界边界条件是指指定方程在两边边界处的状态，包括但不限于尺寸和形状，边界点的速度，温度和压力，这些条件是用于求解数学方程的重要参数。
比如，考虑热对流问题，边界边界条件可以指定在两边边界处的温度，压力，流体速度等，这些参数都有助于求解热对流方程。
第二类是内部边界条件，它取决于方程内部空间内的一般性定义。
内部边界条件是指在解方程时，需要考虑到方程内部空间内的某些约束条件，其中包括连续性和一致性等，以此来求解有效的数学方程。
比如，考虑热传播问题。
内部边界条件是指空间内温度的变化情况，因此，需要考虑方程内的额外的限定条件，如连续性和一致性等，从而使用有效的数学方法求解此类问题。
边界条件——精选推荐
边界条件
（一）概述
边界条件是刻画渗流研究区D边界上的水力特征，或者说是刻画研究区以外对研究区边界的水力作用。
如果渗流研究区包含整个地下水系统，那么边界条件表达的正是地下水系统以外在边界上的作用于地下水的关系。
对于具体问题的研究，研究范围的确定是个十分复杂和重要的问题。
（二）给定水头边界条件（第一类边界）
边界上水头动态变化已知的称为第一类边界条件。
对于二维和三维流可分别表示为：
其中：是研究区D上的第一类边界；
是上的已知水头函数。
对于稳定流问题，与t无关。
这类边界最常见的是渗流区与地表水体（如河、湖、海
等）的分界线（面），就取地表水体的水位。
其它，如定降深抽水井（放水井）的井壁，实际上可视为地下水与井水的分界面，往往取井水位为其第一类边界条件。
另外，解析发法中，常常假定含水层水平方向无限延伸，这时取无限远处的水头保持不变，这也是第一类边界条件。
当边界上水头不随时间改变时，称为定水头边界。
（三）给定流量边界条件（第二类边界）
边界单宽流量q（平面二维流问题），或渗流速度v（三维流和剖面二维流问题）已知者称为第二类边界条件。
对于平面二维和三维流（或剖面二维流）可分别表示为
其中：是研究区D上的第二类边界；
H、n分别是水头和边界的外法线方向；
是水力坡度在边界法线方向上的分量；
q、v分别是流入研究区的单宽流量和渗流速度，流入时取正值，当q=0或v=0时，称为隔水边界
（四）混合边界条件（第三类边界）
若某段边界上H和的线性组合已知，即
式中和为上述边界的已知函数，这种类型的边界条件称为第三类边界条件或混合边界条件。
05边界条件
二维流动问题的边界条件
• 在进口边界AC上：u,v,和T 随着y的分布给定 • 固体壁面CDE上： • 在对称线AB上： • 在出口边界BE上：
• 在构造计算网格时，需考虑边界条件的给定方式。
要使用周期性边界条件，必须取流出循环边界 出口的所有流动变量的通量等于流入循环边界的 对应变量的通量。
5.3 使用边界条件的注意事项
边界条件的组合： 1) 只有壁面 2) 壁面、入口和至少一个出口 3) 壁面、入口和至少一个恒压边界 4) 壁面和恒压边界
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流动出口边界位置的选择：如果流动出口边界 太靠近固体障碍物，流动可能尚未达到充分发展 的状态(在流动方向上梯度为零)，这将导致相当 大的误差。 一般为了得到准确的结果，出口边界必须位于 最后一个障碍物后10倍于障碍物高度或更远的距 离。 对于更高精度要求，还要研究模拟结果对出口 位于不同距离时的影响的敏感程度，以保证内部 模拟不受出口位置选取的影响。
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• 出流面位置的设置
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3
近壁面网格：在CFD模拟时，为了获得较高的精 度，常需要加密计算网格，而在近壁面处为了快速 得到解，必须将湍流模型结合壁面函数一起使用。 要保证壁面函数法有效，需要使离壁面最近的一个 内节点位于湍流的对数律层之中，这就相当于给最 近壁面的网格到壁面的距离设定一个下限。
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5 边界条件
孙晓颖 Harbin Institute of Technology
5.1 概述
边界条件：是流场变量在计算边界上应该满足的数 学物理条件，指在求解域的边界上所求解的变量或其 一阶导数随地点及时间变化的规律。 边界条件的基本类型： 流动入口边界；流动出口边界；给定压力边界； 壁面边界；对称边界；周期性(循环)边界
5-边界条件类型
边界条件类型5.1 惯性边界条件5.1.1 加速度1.简介加速度以长度比上时间的平方为单位作用在整个模型上。
由于加速度施加到系统上，惯性将阻止加速度所产生的变化，因此惯性力的方向与所施加的加速度的方向相反。
加速度可以通过定义部件或者矢量进行施加。
该边界条件支持显示动力学分析，谐响应分析，刚体动力学分析，静态结构分析和瞬态结构动力学分析。
该边界条件支持二维模型和三维模型，并且支持矢量和分量定义。
2.定义方法在支持的求解环境中，右击求解类型，选择Insert>Acceleration，则在细窗口出现定义加速度设置面板，该面板包括两个选项：模型范围选择（Scope）和定义方法（Definition）。
（1）范围选择对于该边界条件条件，程序会默认的选择所有模型，并且不能进行人工选择。
（2）定义方法1）矢量定义将Define By设置为Vector，则细节窗口出现如图5-1所示的定义加速度矢量设置面板，用户需要输入加速度的幅值（Magnitude）和指定加速度的方向（Direction），通过拾取模型的表面来定义方向。
图5-1 定义加速度矢量设置面板2）分量定义将Define By设置为Components，则细节窗口出现如图5-2所示的定义加速度分量设置面板，用户需要选择坐标系（Coordinate System）和输入三个方向的幅值。
简明教程• 2 •图5-2 定义加速度分量设置面板5.1.2 标准的地球重力1.简介可以作为一个载荷施加。
其值为9.80665 m/s2 （在国际单位制中），标准的地球重力载荷方向可以沿总体坐标轴的任何一个轴。
不需要定义与其实际相反的方向得到重力的作用力。
该边界条件适用于显示动力学，刚体动力学，静力学分析和瞬态结构动力学分析的二维或三维模型。
2.定义方法在支持的求解环境中，右击求解类型，选择Insert>Standard Earth Gravity，则在细窗口出现如图5-3所示的定义重力加速度设置面板，该面板包括两个选项：模型范围选择（Scope）和定义方法（Definition）。
【ANSYS Fluent培训】5-边界条件
如果用户激活了能量方程或可压 缩流体分析，则可以输入口总温 （Total Temperature），程序默认值 为300K，计算公式：
只要流动是亚声速的，FLUENT 会忽 略 Supersonic/Initial Gauge Pressure， 它是由指定的驻点值来计算的。如果你打 算使用压力入口边界条件来初始化解域。
Supersonic/Initial GaugePressure 是 与计算初始值的指定驻点压力相联系的， 计算初始值的方法有各向同性关系式（对 于可压流）或者贝努力方程（对于不可压 流）。因此，对于压声速入口，它是在关 于入口马赫数（可压流）或者入口速度 （不可压流）合理的估计之上设定的。
Local Cylindrical-局部柱体坐标系；
对于使用分离解算器计算移动区域 问题，流动方向将是绝对速度或者相 对于网格相对速度，这取决于解算器 面板中的绝对速度公式是否被激活。 对于耦合解算器，流动方向通常是绝 对2）坐N标orm系a中l to的B。oundary-垂直于边界条件
2、进口压力边界条件
Supersonic/Initial Gauge Pressure设置超声速或初始表压。
如果用户激活了能量方程或可压 缩流体分析，则可以输入口总温 （Total Temperature），程序默 认值为300K。
3、速度入口边界条件
速度入口边界的计算程序 FLUENT 使用速度入口的边界条件输入计算流入流场的质量流以及入口的动 量、能量和组分流量。本节介绍了通过速度入口边界条件流入流场的算例， 以及通过速度入口边界条件流出流场的算例。
boundary condition 条件
boundary condition 条件边界条件（Boundary Conditions）是指在进行数学模型或物理模拟时，为了确定问题的解决方案而设定的特定条件。
边界条件在模拟过程中起着至关重要的作用，它们可以对问题的解决产生重大影响。
在这篇文章中，我们将讨论边界条件的定义、种类以及在不同领域中的应用。
边界条件可以分为以下几类：第一类是几何边界条件，即在模拟中给定的区域的边界上所设置的条件。
这些条件可以是给定的形状、大小、位置等。
例如，在流体力学的模拟中，我们可以设置一个固体壁面，从而确定流体在该壁面上的速度和压力分布。
第二类是物理边界条件，即在边界上给定的物理量值。
这些物理量可以是温度、浓度、吸收率等。
例如，在热传导问题中，我们可以给定热流的大小和方向，从而确定边界上的温度分布。
第三类是数值边界条件，即在数值模拟中为了保证计算的稳定性而设定的条件。
这些条件可以是数值格式所要求的数值限制，例如稳定性条件、收敛性条件等。
在计算流体力学的模拟中，我们常常需要考虑Courant-Friedrichs-Lewy（CFL）条件，以保证数值解的稳定性和收敛性。
边界条件在不同领域中扮演着重要的角色。
在物理学中，边界条件可以帮助我们理解问题的特定情况。
例如，在电磁场模拟中，我们可以设置给定位置处的电荷密度，以探索与该电荷密度相关的电场分布。
在天气模拟中，我们可以通过设置地表的气温和风速分布来预测不同地区的天气变化。
在工程学中，边界条件可以帮助我们优化设计和工艺。
例如，在建筑结构分析中，我们可以通过设置柱或梁的边界条件来确定结构的稳定性和安全性。
在流体管道系统的设计中，我们可以通过设置管道末端的边界条件来确定流体流动的特性，以便选择最合适的泵和阀门。
在计算机科学中，边界条件在算法设计和数据分析中也起着重要的作用。
例如，在图像处理中，我们可以通过在图像边界上设置边界条件来处理图像的边缘。
在机器学习中，我们可以通过定义特定的边界条件来训练和优化模型。
边界条件
如果方程要求未知量y(x)及其导数y′(x)在自变量的同一点x=x0取给定的值，即y(x0 )=y0，y′(x0)= y0′，则这种条件就称为初始条件，由方程和初始条件构成的问题就称为初值问题；
而在许多实际问题中，往往要求微分方程的解在某个给定区间a ≤ x ≤b的端点满足一定的条件，如y(a) = A, y(b) = B，则给出的在端点(边界点)的值的条件，称为边界条件，微分方程和边界条件构成数学模型就称为 边值问题。
边界条件数学ຫໍສະໝຸດ 语01 简介目录02 分类
边界条件，是指在求解区域边界上所求解的变量或其导数随时间和地点的变化规律。边界条件是控制方程有 确定解的前提，对于任何问题，都需要给定边界条件。边界条件的处理，直接影响了计算结果的精度。而解微分 方程要有定解，就一定要引入条件，这些附加条件称为定解条件。
简介
分类
边值问题中的边界条件的形式多种多样，在端点处大体上可以写成这样的形式，Ay+By'=C，若B=0，A≠0,则 称为第一类边界条件或狄里克莱(Dirichlet)条件；B≠0,A=0，称为第二类边界条件或诺依曼(Neumann)条件； A≠0,B≠0，则称为第三类边界条件或洛平(Robin)条件。
谢谢观看
总体来说， 第一类边界条件： 给出未知函数在边界上的数值； 第二类边界条件： 给出未知函数在边界外法线的方向导数； 第三类边界条件： 给出未知函数在边界上的函数值和外法线的方向导数的线性组合。 对应于comsol，只有两种边界条件： Dirichlet boundary（第一类边界条件）—在端点，待求变量的值被指定。
边界条件解析课件
详细描述
常见的问题包括边界条件的设定不正确、不 合理或不符合实际物理 定律和数学原理、增加额外的数据或信息来 源、寻求专业人士的帮助等。同时，应注意 及时总结和归纳经验教训，不断完善边界条 件的设置和调整过程。
04 边界条件在各领域的应用
物理学中的边界条件应用
边界条件调整的方法与技巧
总结词
边界条件的调整需要采用科学的方法和技巧，以达到最优化的效果。
详细描述
在调整边界条件时，可以采用试错法、优化算法等科学方法，以找到最优的边界条件组 合。同时，应注意边界条件的合理性和可行性，避免出现不切实际或违反常识的边界条
件。
边界条件设置的常见问题与解决方案
总结词
在边界条件的设置过程中，可能会遇到各种 问题，需要采取相应的解决方案。
边界条件的数学建模能力提升
03
随着计算机技术的发展，边界条件的数学建模能力不断提升，
能够更好地模拟和预测复杂系统的行为。
边界条件的实际应用前景
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边界条件在工程领域的应用
在机械、航空、土木等领域，边界条件的应用越 来越广泛，能够提高设计的可靠性和安全性。
边界条件在金融领域的应用
在风险管理、资产定价、衍生品定价等金融领域 ，边界条件的应用逐渐增多，有助于提高金融市 场的效率和稳定性。
边界条件解析课件
目录
CONTENTS
• 边界条件概述 • 常见边界条件类型解析 • 边界条件的设置与调整 • 边界条件在各领域的应用 • 边界条件的未来发展与展望
01 边界条件概述
定义与分类
定义
边界条件是指在求解数学问题时，对所求问题的定义域或解的取值范围进行限 制的一些条件。
分类
根据不同的分类标准，边界条件可以分为多种类型，如根据约束类型可分为显 式和隐式边界条件，根据对解的影响可分为本质边界条件和非本质边界条件等 。
边界条件
计算传热学—CFD软件介绍/培训边界条件（二）第九讲边界条件的设定边界条件——Why and What为了获得物理问题（各种微分方程）的唯一解，必须对计算域边界设定各种参数值.如各种通量（热通量、质量通量）、运动状况等.边界条件内容:定义边界条件的位置信息(如进口、固体壁面、对称位置面)确定边界上的各种参数信息边界条件的具体内容和计算中采用的物理模型、边界条件的类型密切相关.必须仔细确定边界条件的参数直接影响了求解过程和所得到的结果.FuelAir Combustor WallManifold box1123Nozzle 分析流程1. 来流条件z 均匀性z 非预混模型z 考虑混合效果2. 喷嘴进口z 非预混模型z 参数要求高3. 喷嘴出口z 预混模型z 参数要求高基本原则设定在流体的进、出口z可以有利于收敛.在垂直于边界上不应该存在很大的参数梯度.z导致不同的结果.减小边界附近的网格扭曲度.导致计算早期误差过大.21基本的边界类型外部面一般: Pressure inlet, Pressure outlet不可压: Velocity inlet, Outflow可压: Mass flow inlet, Pressure far-field特殊: Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan其它: Wall, Symmetry, Periodic, Axis单元、区域Fluid and Solid相交面Fan, Interior, Porous Jump, Radiator, Walls inletoutletwallinteriorOrifice_plateand orifice_plate-shadow基本流程GambitBoundary Type Fluid Type FluentSolverSelect BoundarySet Parameters边界条件的定义——Solver选择求解器正对求解器选择不同的边界条件定义器Type选择边界对应的几何体z默认值：面选择边界的类型.z鼠标直接选取.对定义好的边界可以再操作z更改、删除.Type选择边界对应的几何体z默认值：体选择边界的类型.z鼠标直接选取.对定义好的边界可以再操作z更改、删除.边界条件的定义——Define在Fluent中定义边界条件的具体值z各种边界条件的参数z可以重新定义边界类型重新定义边界条件一般边界条件在预处理软件中定义.可以在Fluent中更改:Define→Boundary Conditions...选择要更改的几何体从Type中选择新的类型.给定边界条件参数在BC panels中直接赋值.给选定的边界设定:z从Zone菜单中选择边界.z点击Set按钮利用Copy按钮可以复制边界条件. 边界条件的内容可以存盘，也可以读入.file →write-bc and file →read 利用UDFs and Profiles可以定义复杂的边界条件Velocity Inlet定义类型:Magnitude, Normal to BoundaryComponentsMagnitude and Direction默认值为均匀流动适用于incompressible flows.Static pressure 相应分布.Total pressure 同样用于compressible flows 将有可能导致非物理解.速度设定为负值时，可以用来表示出口.但是必须要保证流量平衡.Pressure Inlet (1) 从该边界初始化时有用.21(1)k T T M −=+2/(1),,1(1)2k k total abs static abs k p p M −−=+2Compressible flows:Pressure Inlet (2) 注意的是Gauge pressure 必须给定.Operating pressure 定义: Define →Operating Conditions同时适用compressible 和incompressible flows.Fluent 计算时采用static pressure and velocity 通过压力面的通量由内部条件和流动方向决定. 可以被用作模拟“Free”面.operating gauge absolute p p p +=Mass Flow Inlet参数确定:(a) Mass Flow Rate or (b) Mass Fluxz(a) 给定恒定的流量z(b) 利用profiles/UDF定义Static Gauge Pressurez超音速有效z该边界初始化有效.Total Temperaturez对于不可压流动为静温.Inlet Flow Direction一般用于compressible; 也可用于incompressible flows.Total pressure 由输入变量求得.和pressure inlet相比.收敛性差Pressure Outlet给定static gauge pressure作为出口处的环境压力.可以定义径向的压力分布.Backflow收敛过程出现最终结果如此.方向是垂直于边界.适用于compressible 和incompressible flows在超音速条件下，忽略所给定的压力值.可以被用来模拟自由流.Outflow不需指定任何速度和压力信息.由内部区域来传递信息.边界上保持流量平衡.在Outflow面上所有参数梯度为零近似于充分发展流适用于incompressible flows.不能和Pressure Inlet合用; 入口只能是velocity inlet.不能用来模拟密度随时间变化的问题.当存在回流时，很难收敛不能模拟最终结果存在回流的物理问题.可以利用Pressure Outlet 和Outflow boundaries.Pressure Outlets Outflow:z 出口流量定义如下: m i =FRW i /ΣFRW i where 0 < FRW < 1.FRW 为1 表示均匀分布多通道出口pressure-inlet (p 0,T 0)pressure-outlet(p s )2velocity-inlet (v,T 0)pressure-outlet (p s )1orFRW 2velocityinletFRW 1其它的边界条件Pressure Far Field（可压缩流）模拟ideal gas law下的流动.通常给定free-stream Mach number 和静态参数. Exhaust Fan/Outlet Vent给定压力损失系数（压力降）以及环境参数Inlet Vent/Intake Fan模拟风扇运动.给定压力损失系数（压力降）以及环境参数Wall Boundaries速度：无滑移切向速度和固壁面速度相等.法向速度为零可以定义壁面剪切力.热边界:几种不同的条件包括定义壁面厚度.定义运动的壁面.Symmetry and Axis BoundariesSymmetry Boundary简化计算量.不需任何参数.计算域和几何形状必须对称:z对称面上法向速度为零z 所有的变量法向梯度为零 Axis Boundary模拟二维轴对称问题.不需任何参数.symmetry planesPeriodic Boundaries减小计算量.计算域为周期性运动区域.周期性旋转:周期面上Δp = 0.周期性平动:在周期面上允许有限的Δp . 模拟充分发展流.z 在Gambit 中预先定义为translational.Translationallyperiodic planes2D tube heat exchangerflow Rotationally periodic planes区域定义: FluidFluid zone = 求解的流体计算域.确定Fluid material.确定各种源项:质量、运动、能量等定义为多空介质定义旋转等周期性运动.定义各种运动方式.Porous Media按照流体区域处理可以模拟多种物理现象区域定义: Solid只求解热平衡方程.确定固体类型可以定义内部的热源也可定义各种形式的运动状态.。
05_边界条件
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) ∂n = 0
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在使用出口边界条件时，有如下几点特殊说明：
8
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对于壁面边界条件，除压力修正方程外，各离散 方程的源项需经过特殊处理。特别是对于湍流计 算，因湍流在近壁面区演变成层流，因此，需要针 对近壁面区，采用壁面函数法，将壁面上的已知值 引入到内节点离散方程的源项。 当给定壁面边界条件时，针对紧邻壁面的节点控 制方程，需要构造特殊的源项，以引入所给定的壁 面条件。对于层流和湍流两种状态，离散方程的源 项是不同的。层流相对简单，对于湍流流动，需要 区分近壁面流动与湍流核心区的流动。
一般为了得到准确的结果出口边界必须位于最后一个障碍物后10倍于障碍物高度或更远的距对于更高精度要求还要研究模拟结果对出口位于不同距离时的影响的敏感程度以保证内部模拟不受出口位置选取的影响
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5.1 概述
边界条件：是流场变量在计算边界上应该满足的数 学物理条件，指在求解域的边界上所求解的变量或其 一阶导数随地点及时间变化的规律。 边界条件的基本类型： 流动入口边界；流动出口边界；给定压力边界； 壁面边界；对称边界；周期性(循环)边界
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流动出口边界位置的选择：如果流动出口边界 太靠近固体障碍物，流动可能尚未达到充分发展 的状态(在流动方向上梯度为零)，这将导致相当 大的误差。 一般为了得到准确的结果，出口边界必须位于 最后一个障碍物后10倍于障碍物高度或更远的距 离。 对于更高精度要求，还要研究模拟结果对出口 位于不同距离时的影响的敏感程度，以保证内部 模拟不受出口位置选取的影响。
在使用入口边界条件时，要涉及某些流动参数， 如绝对压力、湍动能和耗散率等，需要做特殊处 理，为此对边界条件的说明如下： 1)关于参考压力：在流场数值计算程序中，压力总 是按相对值表示的，实际求解的压力也是相对于入 口压力(即参考压力场)而言的。 2)关于入口边界处的湍动能和湍流耗散率的估算 值：在使用各种 k − ε 模型进行计算时，需要预先给 定入口边界上的湍动能和湍流耗散率的估算值。
第5讲 边界条件
en (D1 D2 ) S 同理 ，由 B dS 0
S
D1n D2n S
en (B1 B2 ) 0 或 B1n B2n
S en (J1 J 2 ) t
S
J dS
V
dV t
第5讲 边界条件
D H J t B E t B 0 D
J t
S
J dS
V
dV t
第5讲 边界条件
为什么要研究边界条件 ?
en
物理：由于在分界面两侧介质的特性 参数发生突变，场在界面两侧 也发生突变。麦克斯韦方程组 的微分形式在分界面上失去意 义，必须采用边界条件。
en ( H1 H 2 ) J S
en ( E1 E2 ) 0
B 0
D
J t
en (B1 B2 ) 0 en (D1 D2 ) S
S en (J1 J 2 ) t
第5讲 边界条件
为什么电场强度矢量的切向分量总是连续的？ 当 当
D的法向分量连续 B的法向分量连续 E的切向分量连续 H的切向分量连续
第5讲 边界条件
场矢量的折射关系 在线性、各向同性的理想介质分界面上 电场矢量的折射关系
介质1 介质2
en
E2 2
1
E1
1
2
E1t / E1n tan 1 1 / D1n 1 tan 2 E 2t / E 2n 2 / D2n 2
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s 0 时，为什么电位移矢量的法向分量不连续？ s 0 时，为什么电位移矢量的法向分量是连续的？
力学边界条件类型
力学边界条件类型一、力学边界条件类型有哪些呢？（一）固定边界条件这就好比把东西死死地钉在那儿一样。
比如说，一根柱子插在地上，它底部的边界就是固定的，不能移动也不能转动。
在很多建筑结构里，像高楼大厦的地基部分，就会有这种类似的固定边界情况。
就像是一个超级固执的家伙，坚决不让步。
（二）简支边界条件想象一下，一个梁架在两个支座上，支座只提供竖向的支撑力，梁可以在这个支撑上自由转动。
就像跷跷板一样，中间有个支撑点，两边可以上下晃悠。
这种边界条件在一些桥梁结构的设计中经常会用到呢。
（三）滑动边界条件这就像是在冰面上滑动的物体，它只能沿着某个方向滑动，其他方向的运动是被限制的。
比如一些机械结构里，有滑块在导轨上滑动的情况，滑块的边界就是滑动边界条件。
（四）弹性边界条件这个就有点复杂啦。
就像是一个弹簧连接着物体，物体在边界上会受到一个与位移成比例的力。
就好像物体被一个有弹性的东西拉扯着，动一下就会有相应的拉力或者推力回来。
在一些地质结构的分析中，岩石和土壤之间的相互作用有时候就可以用弹性边界条件来近似模拟。
（五）自由边界条件这是最自由的啦，没有任何约束。
就像在空中飞行的小鸟，没有东西限制它的边界。
在一些有限元分析中，如果我们只关注物体内部的力学情况，而把物体的边缘当作自由边界，就可以简化计算呢。
（六）对称边界条件这种边界条件是利用结构的对称性来简化分析的。
比如说一个圆形的盘子，如果它受到的力也是对称分布的，我们就可以只分析它的一部分，然后利用对称边界条件得到整个盘子的力学情况。
这就像是照镜子一样，一边的情况可以反映出另一边的情况。
（七）反对称边界条件和对称边界条件有点相反。
如果结构有反对称的特性，那么在边界上就会有反对称的约束。
比如一个结构关于某个轴对称，但是受到的力是反对称的，那么在对称轴上就会有反对称边界条件。
（八）周期性边界条件这种边界条件常见于一些具有周期性结构的物体。
比如说晶体结构，它的原子排列是有周期性的。
第五章 边界条件
第五章 边界条件5-1 FLUENT 程序边界条件种类FLUENT 的边界条件包括： 1， 流动进、出口边界条件2， 壁面，轴对称和周期性边界3， Internal cell zones ：fluid, solid (porous is a type of fluid zone )4， Internal face boundaries ：fan, radiator, porous jump, wall, interior5－2 流动进口、出口边界条件FLUENT 提供了10种类型的流动进、出口条件，它们分别是：★一般形式： ★可压缩流动： 压力进口 质量进口 压力出口 压力远场★不可压缩流动： ★特殊进出口条件： 速度进口 进口通分，出口通风 自由流出 吸气风扇，排气风扇进口出口壁面orifice (interior)orifice_plate and orifice_plate-shadow流体Example: Face and Cell zones associated with Pipe Flow through orifice plate1，速度进口（velocity-inlet）：给出进口速度及需要计算的所有标量值。
该边界条件适用于不可压缩流动问题，对可压缩问题不适用，否则该入口边界条件会使入口处的总温或总压有一定的波动。
2，压力进口（pressure-inlet）：给出进口的总压和其它需要计算的标量进口值。
对计算可压不可压问题都适用。
3，质量流进口（mass-flow-inlet）：主要用于可压缩流动，给出进口的质量流量。
对于不可压缩流动，没有必要给出该边界条件，因为密度是常数，我们可以用速度进口条件。
4，压力出口（pressure-outlet）：给定流动出口的静压。
对于有回流的出口，该边界条件比outflow 边界条件更容易收敛。
该边界条件只能用于模拟亚音速流动。
5，压力远场（pressure-far-field）：该边界条件只对可压缩流动适合。
边界条件的类型
边界条件的类型一、边界条件的类型嘿，小伙伴们！今天咱们来唠唠边界条件的类型这个事儿哈。
那啥是边界条件呢？简单来说，就是在解决一些物理、数学或者工程问题的时候，在研究区域的边界上所需要满足的一些条件啦。
咱先说说第一类边界条件，这也叫狄利克雷边界条件哦。
想象一下，就像是在一个大的区域里面，边界上的值是给定好的。
比如说，在研究热传导问题的时候，在物体的边界上，温度是已经知道的数值，这个数值就像是一个固定的标准，不管里面怎么变，边界上就是这个数，是不是很神奇呢？接着呢，就是第二类边界条件啦，也被称为诺伊曼边界条件。
这个条件就有点不同咯，它规定的不是边界上的值，而是边界上值的变化率。
就好比在流体流动的问题里，在边界上流体的流速的变化率是给定的。
这就像是在一个游戏里，不是告诉你边界上的具体状态，而是告诉你这个状态的变化速度呢。
还有第三类边界条件，这可就更有趣了。
它是前两种边界条件的一种混合形式呢。
比如说在一些热交换的问题里，边界上的热量交换既和边界上的温度有关，也和温度的变化率有关。
这就像是把两个规则混合起来玩一个更复杂的游戏。
然后呢，还有周期性边界条件。
这个在研究一些具有周期性结构的问题里特别有用。
比如说晶体结构，它的边界就像是循环的一样，一边的边界和另一边的边界在某种意义上是一样的。
就像一个无限循环的图案，这边的边界和那边的边界就像双胞胎一样有着相同的性质。
最后呀，还有混合边界条件。
这个就比较复杂啦，它是把好几种不同的规则组合在一起，根据具体的问题来设定边界上的各种条件。
就像是一个超级复杂的拼图，每一块都有自己的规则，但是组合起来就能解决那些特别难搞的问题。
哈哈，边界条件的类型是不是很有趣呢？它们就像是一把把钥匙，能帮我们打开解决各种问题的大门哦。
各类边界条件-56页word资料
定义边界条件概述边界条件包括流动变量和热变量在边界处的值。
它是FLUENT分析得很关键的一部分，设定边界条件必须小心谨慎。
边界条件的分类：进出口边界条件：压力、速度、质量进口、进风口、进气扇、压力出口、压力远场边界条件、质量出口、通风口、排气扇；壁面、repeating, and pole boundaries:壁面，对称，周期，轴；内部单元区域：流体、固体(多孔是一种流动区域类型) ；内部表面边界：风扇、散热器、多孔跳跃、壁面、内部。
(内部表面边界条件定义在单元表面，这意味着它们没有有限厚度，并提供了流场性质的每一步的变化。
这些边界条件用来补充描述排气扇、细孔薄膜以及散热器的物理模型。
内部表面区域的内部类型不需要你输入任何东西。
)下面一节将详细介绍上面所叙述边界条件，并详细介绍了它们的设定方法以及设定的具体合适条件。
周期性边界条件在本章中介绍，模拟完全发展的周期性流动将在周期性流动和热传导一章中介绍。
使用边界条件面板边界条件(Figure 1)对于特定边界允许你改变边界条件区域类型，并且打开其他的面板以设定每一区域的边界条件参数菜单：Define/Boundary Conditions...Figure 1: 边界条件面板改变边界区域类型设定任何边界条件之前，必须检查所有边界区域的区域类型，如有必要就作适当的修改。
比方说：如果你的网格是压力入口，但是你想要使用速度入口，你就要把压力入口改为速度入口之后再设定。
改变类型的步骤如下：:1.在区域下拉列表中选定所要修改的区域2.在类型列表中选择正确的区域类型3.当问题提示菜单出现时，点击确认确认改变之后，区域类型将会改变，名字也将自动改变(如果初始名字时缺省的请参阅边界条件区域名字一节),设定区域边界条件的面板也将自动打开。
！注意：这个方法不能用于改变周期性类型，因为该边界类型已经存在了附加限制。
创建边界条件一节解释了如何创建和分开周期性区域。
需要注意的是，只能在图一中每一个类别中改变边界类型(注意：双边区域表面是分离的不同单元区域.)Figure 1: 区域类型的分类列表设定边界条件在FLUENT中，边界条件和区域有关而与个别表面或者单元无关。
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边界条件类型5.1 惯性边界条件5.1.1 加速度1.简介加速度以长度比上时间的平方为单位作用在整个模型上。
由于加速度施加到系统上，惯性将阻止加速度所产生的变化，因此惯性力的方向与所施加的加速度的方向相反。
加速度可以通过定义部件或者矢量进行施加。
该边界条件支持显示动力学分析，谐响应分析，刚体动力学分析，静态结构分析和瞬态结构动力学分析。
该边界条件支持二维模型和三维模型，并且支持矢量和分量定义。
2.定义方法在支持的求解环境中，右击求解类型，选择Insert>Acceleration，则在细窗口出现定义加速度设置面板，该面板包括两个选项：模型范围选择（Scope）和定义方法（Definition）。
（1）范围选择对于该边界条件条件，程序会默认的选择所有模型，并且不能进行人工选择。
（2）定义方法1）矢量定义将Define By设置为Vector，则细节窗口出现如图5-1所示的定义加速度矢量设置面板，用户需要输入加速度的幅值（Magnitude）和指定加速度的方向（Direction），通过拾取模型的表面来定义方向。
图5-1 定义加速度矢量设置面板2）分量定义将Define By设置为Components，则细节窗口出现如图5-2所示的定义加速度分量设置面板，用户需要选择坐标系（Coordinate System）和输入三个方向的幅值。
简明教程• 2 •图5-2 定义加速度分量设置面板5.1.2 标准的地球重力1.简介可以作为一个载荷施加。
其值为9.80665 m/s2 （在国际单位制中），标准的地球重力载荷方向可以沿总体坐标轴的任何一个轴。
不需要定义与其实际相反的方向得到重力的作用力。
该边界条件适用于显示动力学，刚体动力学，静力学分析和瞬态结构动力学分析的二维或三维模型。
2.定义方法在支持的求解环境中，右击求解类型，选择Insert>Standard Earth Gravity，则在细窗口出现如图5-3所示的定义重力加速度设置面板，该面板包括两个选项：模型范围选择（Scope）和定义方法（Definition）。
图5-3定义重力加速度设置面板（1）范围选择对于该边界条件条件，程序会默认的选择所有模型，并且不能进行人工选择。
（2）定义方法如图5-3所示，在定义方法选项中用户只能修改三个选项：坐标系（Coordinate System），忽略（Suppressed）和重力加速度的方向（Direction）。
坐标系可以使用默认的总体笛卡尔坐标系也可使用自定义的笛卡尔坐标系，但是不能使用柱坐标系，用户可以根据需要设置6个方向的重力加速度。
第1章概述• 3 •5.1.3 转动速度1.简介转动速度是另一个可以实现的惯性载荷。
整个模型围绕一根轴在给定的速度下旋转，可以通过定义一个矢量来实现，给定转速大小和旋转轴；也可以通过分量来定义，在总体坐标系下指定点和分量值。
2.激活方法在支持的求解环境中，右击求解类型，选择Insert>Rotational Velocity，则在细节窗口出现如图5-4所示的定义转速的设置面板，该面板暴力两个个选项：模型范围选择（Scope）和定义方法（Definition）。
图5-4 定义转速的设置面板（1）范围选择如图5-4所示，在Scope选项中主要需要设置选择方法（Scoping Method），用户可使用直接拾取几何体（Geometry）或使用名字选择（Named Selection）。
（2）定义方法转速支持矢量（Vector）和分量（Component）定义，使用矢量定义转速，需要输入转速的大小和定义转轴；使用分量定义转速，需要至少输入一个方向的转速，并且使用坐标定义转轴的位置。
5.2 载荷类型边界条件5.2.1 压力简明教程• 4 •1.简介压力只能施加在表面并且通常与表面的法向一致；正值代表进入表面（例如压缩）负值代表从表面出来（例如抽气等）；压力的单位为每个单位面积上力的大小，即Pa。
如图5-5所示给出了施加压力示意图。
该边界条件支持谐响应分析，显示动力学分析，结构静力学分析和瞬态动力学分析。
图5-5 施加压力示意图2.激活方法在支持的求解环境中，右击求解类型，选择Insert>Pressure，则在细节窗口出现如图5-6所示的定义压力的设置面板，该面板包括个选项：模型范围选择（Scope）和定义方法（Definition）。
图5-6 定义压力的设置面板（1）范围选择如图5-6所示，在Scope选项中主要需要设置选择方法（Scoping Method），用户可使用直接拾取几何体（Geometry）或使用名字选择（Named Selection）。
（2）定义方法压力支持矢量（Vector），分量（Component）和法向（Normal）定义，使用矢量定义压力，需要输入压力的大小和方向；使用分量定义压力，需要至少输入一个方向的压力，并且使用坐标系定义压力方向；使用法向定义，则只需输入压力的大小。
第1章 概述 • 5 •5.2.2 静水压力1.简介静水压力模拟由于流体重力产生的压力，使用静水压力可以定义线性分布压力。
它的计算公式如下：()0h h a p -=ρ （5-1）其中：p -静水压力；ρ-流体的密度；a -流体的加速度；h -模型任意一点到液面的距离；0h -自由液面的高度，即静水压力为0的位置。
h 的取值必须大于等于0h ，如果h 的取值小于0h ，则静水压力为0。
2.激活方法在支持的求解环境中，右击求解类型，选择Insert>Hydrostatic Pressure ，则在细节窗口出现如图5-7所示的定义静水压力的设置面板，该面板包括四个选项：模型范围选择（Scope ），定义方法（Definition ），静水的加速度（Hydrostatic Acceleration ）和自由面位置（Free Surface Location ）。
图5-8给出了在图5-7中设置后产生的静水压力云图。
图5-7 定义静水压力设置面板 图5-8 施加的静水压力（1）范围选择 如图5-7所示，在Scope 选项中主要需要设置选择方法（Scoping Method ），用户简明教程• 6 •可使用直接拾取几何体（Geometry）或使用名字选择（Named Selection），此外如果模型为壳体，还需要设置Shell Face，用户可以根据需要选择壳体顶面（Top）或壳体底面（Bottom）。
（2）定义方法在该选项用户可以设置施加静水压力的参考坐标系和流体密度（Fluid Density）。
（3）静水加速度在该选项用户可以设置施加静水加速度的方法，包括矢量和分量方法，如果选择矢量方法，则需要输入加速度的大小和矢量方向；如果选择分量方法，则根据需要输入至少一个方向的加速度，加速度与施加的静水压力的递减方向相反，如果用户想定义向下的重力，则需输入向上的重力加速度。
（4）自由面位置该选项用来定义静水压力为0的参考面，如图5-8所示，将模型的顶边定义为参考面，则在该顶边下方开始计算静水压力。
5.2.3 集中力1.简介力可以施加在结构的最外面，边缘或者表面如图5-9所示。
力将分布到整个结构当中去。
这就意味着假如一个力施加到两个同样的表面上，每个表面将承受这个力的一半。
力单位为质量*长度/时间2。
力可以通过定义矢量，大小以及分量来施加。
图5-9 力载荷2.激活方法在支持的求解环境中，右击求解类型，选择Insert>Force，则在细节窗口出现如图5-10所示的定义集中力的设置面板，该面板包括两个选项：模型范围选择（Scope），定义方法（Definition）。
（1）范围选择如图5-10所示，在Scope选项中主要需要设置选择方法（Scoping Method），用户可使用直接拾取几何体（Geometry）或使用名字选择（Named Selection）。
第1章概述• 7 •（2）定义方法集中力支持矢量（Vector）和分量（Component）定义，使用矢量定义集中力，需要输入集中力的大小和方向；使用分量定义集中力，需要至少输入一个方向的压力，并且可以为集中力设置参考坐标系。
图5-10 定义集中力的设置面板5.2.4 远端力1.简介允许在面或者边上施加偏置的力，设定力的初始位置（利用顶点，圆或者x,y,z的坐标），力可以通过矢量和大小或者分量来定义，这个在面上将得到一个等效的力加上由于偏置的力所引起的力矩，这个力分布在表面上，但是包括了由于偏置力而引起的力矩。
远端力可以施加在空间的任意位置，它的理论根据为工程力学中的力的平移定理。
该定理叙述如下：如图5-11所示，作用在物体上的力F可以平行移动到物体内任一点O，但必须同时附加一个力偶，才能与原来的作用等效。
其附加力偶的力偶矩等于原力F对平移点O 的力矩。
这就是力的平移定理。
图5-11 力的平移定理简明教程• 8 •2.激活方法在支持的求解环境中，右击求解类型，选择Insert>Remote Force，则在细节窗口出现如图5-10所示的定义集中力的设置面板，该面板包括三个选项：载荷作用范围（Scope），定义方法（Definition）和高级选项（Advanced）。
图5-12 定义远端力的设置面板（1）载荷作用范围如图5-11所示，施加远端力需要设置两个位置A和B，在图5-12中Scope选项中使用鼠标拾取或实体名字选择的模型对应于位置B，然后使用Scope选项中的三个坐标确定位置A，当A和B位置重合时，则该载荷的作用效果等效与集中力。
（2）定义方法远端力支持矢量（Vector）和分量（Component）定义，使用矢量定义远端力，需要输入远端力的大小和方向；使用分量定义远端力，需要至少输入一个方向的远端力，此外用户还可以设置作用载荷实体面的行为（Behavior），程序目前支持三种行为：刚体（Rigid），变形体（Deformable）和耦合（Coupled）。
刚体表明选择施加远端力的作用面在求解中不会发生变形，变形体表明选择施加远端力的作用面在求解中会发生变形，耦合表明选择施加远端力的作用面与下伏单元具有相同的自由度。
图5-13和图5-14分别给出了耦合作用面和柔性变形作用面对应的总体变形云图，由图可知，将远端力作用面设置为耦合，则该作用面的法向保持不变，而将远端力作用面的设置为柔性或刚体，则该作用面会随着载荷变形而移动。
（3）高级选项该选项主要用来定义球形区域的半径，默认情况为包括整个模型，对于复杂模型为第1章概述• 9 •了缩短计算时间，用户可以直接输入球形半径值，但是该球形半径值必须要把远端力的作用面包括在里面，否则求解时就会报错。