fluent教程 _边界条件

压力边界条件 (2)
• • 给定流动方向. – 流动方向不合理，得到的解可能很不符合物理现象. 适合于：可压与不可压缩流动. – Pressure inlet boundary is treated as loss-free transition from stagnation to inlet conditions. – Mass flux through boundary varies depending on interior solution and specified flow direction. 压力进口的地方可能会有流出情况出现. – 流动方向由求解结果决定. – Exhaust static pressure is defined by value specified for gauge total pressure wherever outflow occurs.
•
压力边界条件
• 压力边界条件要求输入表压（ gauge pressure）:
pressure level gauge pressure absolute pressure operating pressure operating pressure
pabsolute pgauge poperating
第四章，边界条件
概述
• 进口与出口边界 – 速度
• 速度及其分布 • 湍流参数
– 压力边界条件 and others... • 壁面, 对称, 周期性和轴Axis边界 • 内部区域 – 流体（Fluid）
• 多孔介质（Porous Media） • 移动区域（Moving Cell Zones）
– 固体（Solid） • 内部边界
• •
可以处理曲线分布边界条件命令:
– Define Profiles
用 „hooks‟把曲线加到边界条件中.
确定湍流参数
• • 湍流经过 inlet, outlet边界, 或者在远边界条件下, FLUENT 5 需要提供如下边 界值 – 湍动能 k 湍流耗散率 给定湍流参数的四种方法: – 直接给定 k 和 。 – 给定turbulence intensity 和 turbulence length scale – 给定turbulence intensity 和 turbulent viscosity ratio – 设定 turbulence intensity 和 hydraulic diameter 湍流强度与长度尺度取决于上游来流条件，比如 : – 透平机械出口 Intensity = 20 % Length scale = 1 - 10 % of blade span – 孔板和屏风下游 Intensity = 10 % Length scale = screen/hole size – 完全发展的腔道或管内流动 Intensity = 5 % Length scale = hydraulic diameter
• • •
对称（Symmetry）边界条件
• • 可以减少计算区域，用于减少计算量. 流场和计算区域必须符合对称条件:
• 对称面上的法向速度为零 • 对称面上所有量在其法向上的梯度为零。
• 总(滞止)量不定用以调节速度分布
•
– 如果用于可压缩流动，得到的解不复合物理意义. 壁面把速度进口放的太靠近障碍物.
Hale Waihona Puke 给定曲线分布的进口• 用 UDF‟s 定义边界条件.
– 曲线可以是空间变化，也可以随时间 变化.
•
曲线可以:
– 从其它 CFD 软件模拟结果中读入 – 产生一个格式文件，具有位置及边界 条件的信息。
orifice (interior) orifice_plate and orifice_plate-shadow outlet
wall inlet fluid
Example: Face and Cell zones associated with Pipe Flow through orifice plate
Overview
• 边界条件: – 边界条件决定流动. – 数学模型求解的需要. • 给定进入计算区域的流率或通量. – 如 mass, momentum, 和 energy • Fluid/Solid regions represented by cell zones. – Material and Source terms are assigned to cell zones. • Boundaries and internal surfaces are represented by face zones. – Boundary data are assigned to face zones.
Outflow边界
• Outflow边界，除了压力之外，其它量的梯度为零。 • FLUENT 从流场内外推边界所需的信息. • 特别有用的情况: – 求解之前，不知道速度和压力的流动问题. – 流动出口是，或接近是完全发展的流动. • 注: 当求解过程中，或者求解结果具有回流时，用 Pressure Outlet 比用 Outflow出口条件更具有收敛优势.
pressure-outlet (ps)1 pressure-outlet (ps)2
其它 Inlet/Outlet 边界条件
• Mass Flow Inlet
– 用于可压缩流动给定进口质量流量. – 对于不可压缩流动，无需给定.
•
Pressure Far Field
– 材料选择为理想气体时，才会有该选项. – 用于给定自由流的可压缩流动状态，给定自由流的马赫数和静压，静 温等。
• 质量进口Mass flow inlet • 压力远场Pressure far-field
– 特别
• Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan
– 不可压缩
• Velocity inlet • Outflow
• •
根据物理过程，选择合适的边界条件. 一般准则:
– 根据有流入与流出情况决定进口与出口的位置与形状.
• 尽可能选择收敛性好的边界条件.
– 在垂直边界的方向上不宜有较大的梯度.
• 表明进口或出口位置位置选择不合理.
– 近壁处网格的偏斜尽可能小.
速度进口：Velocity Inlets
• • • 给定速度矢量和标量进口值. 进口速度知道时，给定该条件尤为方便. – 默认是均匀速度 该边界条件针对不可压缩流动问题. – 总(滞止)量（温度、压力等）不定.
• 工作压力（Operating pressure）设 置:
– Define Operating Conditions
•
适合压力边界条件设置的条件:
– 进口流量或速度不知道 (如浮力驱动 的流动). – 外流的自由边界 或 需要确定的自由 流。
vacuum
压力边界条件 (1)
• Defines total pressure, temperature, and other scalar quantities at flow inlets.
Outflow 边界条件不能使用场合
• Outflow 边界不能用于: – 可压缩流动.
– Pressure Inlet 边界条件 : – 变密度的非定常流动.
•
不适合的物理问题: – 回流区 – 流动方向有明显压力梯 度 – 下游影响上游流动
outflow condition ill-posed outflow condition not obeyed
边界条件设置
• • 每个区（流体、固体）首先在Gambit中预设， Fluent中可以修正与改动 每个区域都必须有其对应的边界条件: Define Boundary Conditions... – Choose the zone in Zone list. – Click on selected zone type in Type list – Click Set... button Can also select boundary zone in graphics window using right mouse button. – Useful if:
• Setting up problem for first time • Two or more zones of same type in problem.
•
流动进口与出口
• Fluent中进、出计算区域的边界条件: – 可压缩流动
– 一般流动
• Pressure inlet • Pressure outlet
•
压力出口：Pressure Outlet (1)
• 定义出口处的static (gauge) pressure. – 流场流入什么样的压 力环境里. 可以给定压力径向分布. 压力出口处可能会出现回 流: – 求解过程或者求解结 果中，都可能如此. – 回流方向与出口边界 垂直的方向. – 由于回流量具有“弹 性”，求解收敛性能 较好. – 回流出现时，用静压 来给回流总压赋值.
确定湍流参数湍流经过inletoutlet边界或者在远边界条件下fluent给定turbulenceintensityturbulencelengthscale给定turbulenceintensityturbulentviscosityratio设定turbulenceintensityhydraulicdiameter透平机械出口intensitylengthscalebladespan孔板和屏风下游intensitylengthscalescreenholesize完全发展的腔道或管内流动intensitylengthscalehydraulicdiameter压力边界条件压力边界条件要求输入表压gaugepressure
为进口流量均分. – 默认设置流量权重 (FRW)为1 . – 如果出口的流量不同，则:
• 制定各个出口的流量权重: mi=FRWi/FRWi. • 出口压力不同，用于调节各个出口流量.
FRW1
•
可以采用Pressure边界条件.
velocity inlet
FRW2
velocity-inlet (v,T0) or pressure-inlet (p0,T0)
•
Exhaust Fan/Outlet Vent
– 如果出口有个压力抬升或损失，可以采用exhaust fan/outlet vent给定 出口压力抬升或损失系数，以及环境压力与温度。
•
Inlet Vent/Intake Fan
– inlet vent/intake fan用于进口给定压力的损失系数或压力抬升，需要 给定流动方向，环境（进口）压力及温度等参数。
• •
压力出口边界 (2)
• 对于不可压缩流动: – 静压给定边界压力 – 其它量由流场内计算外推得到. 对于可压流动: – 静压计算不考虑当地是否是局部超音速. – 所有计算量从计算区域里外推计算. 当进口条件设定为pressure inlet时，出口一定要用pressure outlet.
•
•
outflow condition obeyed
outflow condition closely obeyed
0.8 0.7 0.6 0.5
Y
0.4 0.3 0.2 0.1 0
0
1
2
3
4
5
6
X
多出口边界条件数值模拟
• 应用Outflow边界条件的前提: – 默认设置，所有Outflow边界的质量流量
ptotal pstatic 1 2 v 2
不可压缩流动 可压缩流动
ptotal pstatic (1
k 1 2 k /(k 1) M ) 2
•
•
Supersonic/Initial Gauge Pressure: – Defines static pressure at boundary for locally supersonic flows. – Used, if necessary, to initialize flow field for incompressible flows. Total temperature: – must be defined for compressible flows. – is used, if necessary, to set static temperature for incompressible flows.
2 1.75 1.5 1.25
Y
1
0.75 0.5 0.25 0
0
0.5
1
1.5
2
X
壁面边界条件
• • 用于分界流体与固体区域. 对于粘性流体流动, 不考虑壁面滑移: – 壁面切向上的流体速度与壁面移动速度相同. – 壁面法向上的流体速度为零。 热边界条件: – 有几种选项供选择. 湍流计算可以考虑壁面粗糙度的影响. – 壁面切应力和换热取决于当地流动场的计算结果。 可以给定壁面的平移速度或旋转速度. – 也可以给定壁面切应力.