XFDTD中外部边界条件的设置

合集下载

室外风环境模拟软件边界条件

室外风环境模拟软件边界条件

室外风环境模拟软件边界条件模拟目标:通过室外风环境模拟,指导建筑在规划时合理布局建筑群,优化场地过渡季、夏季的自然通风,避开冬季主导风向的不利影响。

实际工程中需采用可靠的计算机模拟程序,合理确定边界条件,基于典型的风向、风速进行建筑风环境模拟,并符合以下要求:1)冬季典型风速和风向条件下,建筑物周围人行区风速低于5m/s,且风速放大系数小于2;(如难以达到V<5m/s的要求,经专家论证后可适当降低要求,但室外风速放大系数必须满足;) 第2排建筑迎风面与背风面(或主要开窗)表面风压差不超过5Pa;2)过渡季、夏季典型风速和风向条件下,场地内人活动区不出现涡旋或无风区,50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa。

模拟边界条件:为保证模拟的准确性,室外风环境模拟边界条件设置应符合下列规定:1)模拟工况:根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中地区典型气象年的数据统计,按表1.1选择过渡季、夏季和冬季出现频率最高的风向和平均风速作为对应季节的模拟条件;表1.1 地区室外风环境模拟工况工况风频(%)风向风速过渡季15.98 ESE 3.34夏季10.87 S 3.60冬季27.78 E 3.242)建模域:评价建筑(群)应充分考虑周围建筑的影响,得到的风环境计算结果方具有可参考价值。

而过多的考虑周围建筑,则会导致建模工作量过大。

建议最低建模工作量,既可以反映出最主要的影响因素对目标建筑周边风环境的影响,又将建模工作量限定在合理的范围;3)计算域:水平方向的长和宽不宜小于7H(含建筑本身)、垂直方向高度不宜小于3H;建- 1 -- 2 - 筑阻挡率不宜大于5%,不应大于10%。

当模拟关注建筑物后的尾流时,下风方向的长度可适当扩大;图1.1 计算域和建模域推荐尺寸示意图根据风洞实验技术的要求,计算区域的选取应保证室外梯度风充分发展形成大气边界层特征的流动,且建筑阻挡率不宜>5%,以尽可能接近真实大气流动,不致于产生气流在“受限”空间内流动从而影响模拟精度的情况。

边界条件的设定

边界条件的设定

1 2 v 2
Pressure Inlet (2)
注意的是 Gauge pressure 必须给定.
pabsolute pgauge poperating 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.
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.和所得到的结果.
分析流程
1. 来流条件
均匀性 非预混模型 考虑混合效果

Air
1
2
Combustor Wall
3
2. 喷嘴进口
非预混模型 参数要求高

3. 喷嘴出口
预混模型 参数要求高

Nozzle 1 Fuel Manifold box
基本原则
设定在流体的进、出口

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.

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.
1
2
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

计算流体力学模拟中的边界条件设置技巧

计算流体力学模拟中的边界条件设置技巧

计算流体力学模拟中的边界条件设置技巧计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是一种数值模拟方法,用于研究流体力学现象。

在CFD模拟中,边界条件的设置是至关重要的一步,它直接影响着模拟结果的准确性和可靠性。

本文将介绍一些边界条件设置的技巧,以帮助读者更好地进行CFD模拟。

1. 进行物理实验验证在设置边界条件之前,进行物理实验验证是非常重要的。

通过实验可以获取流体流动的一些基本参数,如速度、压力等。

这些参数可以作为边界条件的参考值,帮助我们更准确地设置边界条件。

2. 确定边界类型在CFD模拟中,常见的边界类型包括入口边界、出口边界和壁面边界。

入口边界用于设定流体的入口条件,出口边界用于设定流体的出口条件,壁面边界则用于设定流体与固体壁面的交互作用。

根据具体问题的不同,我们需要选择合适的边界类型。

3. 设置入口边界条件入口边界条件的设置直接影响着流体的初始状态。

通常情况下,我们需要设定流体的速度、压力和温度等参数。

对于速度,可以根据物理实验结果进行设定;对于压力和温度,可以根据流体的状态方程和热力学性质进行计算。

4. 设置出口边界条件出口边界条件的设置主要是设定流体的出口压力或出口速度。

在CFD模拟中,通常使用压力出口边界条件,即设定出口处的压力值。

这个压力值可以根据物理实验结果进行设定,或者根据流体的流动特性进行估计。

5. 设置壁面边界条件壁面边界条件的设置是CFD模拟中的关键步骤之一。

在模拟中,流体与固体壁面之间存在摩擦力和压力等交互作用。

为了准确模拟这种交互作用,我们需要设置壁面的摩擦系数和热传导系数。

这些系数可以根据物理实验结果进行设定,或者根据流体和固体壁面的性质进行估计。

6. 考虑边界层效应边界层效应是指流体在靠近壁面处的速度和温度分布。

在CFD模拟中,我们需要考虑边界层效应对流动的影响。

通常情况下,我们可以使用壁面函数来模拟边界层效应。

壁面函数可以根据流体的物理性质和壁面的几何形状进行选择。

cfd出口边界条件

cfd出口边界条件

cfd出口边界条件CFD出口边界条件在计算流体力学(CFD)中,出口边界条件是模拟流体在系统出口处的行为的关键因素。

它们是为了使CFD模拟能够准确地预测出口处的流体流动情况而设定的。

出口边界条件的设置对于模拟结果的准确性和可靠性至关重要。

它们需要考虑到流体在出口处的真实行为,并尽可能地符合实际情况。

在设置出口边界条件时,以下几个因素需要被考虑:1. 出口速度:出口边界条件需要指定流体在出口处的速度。

这可以通过实际测量得到,或者根据系统的特性进行估计。

出口速度的准确设定可以帮助模拟者更好地理解流体在出口处的行为。

2. 出口压力:出口边界条件还需要指定流体在出口处的压力。

这可以通过实际测量得到,或者通过系统的特性进行估计。

出口压力的设定对于模拟结果的准确性有很大的影响,因此需要进行仔细的设定。

3. 出口温度:在一些特定的情况下,出口边界条件还需要指定流体在出口处的温度。

这可以通过实际测量得到,或者根据系统的特性进行估计。

出口温度的设定对于模拟结果的准确性和可靠性有很大的影响。

4. 出口约束:在一些情况下,流体在出口处可能受到一些限制或约束。

这些约束可以是由系统设计或操作需要而设定的。

出口边界条件需要考虑这些约束,并确保模拟结果符合实际情况。

通过合理设置出口边界条件,CFD模拟可以更准确地预测流体在系统出口处的行为。

这对于优化系统设计、改进流体流动效率以及预测流体行为的影响至关重要。

因此,在进行CFD模拟时,合理设置出口边界条件是非常重要的一步。

只有这样,我们才能得到准确可靠的模拟结果,并为实际工程应用提供有力的支持。

通过以上的介绍,我们可以看出CFD出口边界条件的重要性以及对于模拟结果准确性的影响。

在进行CFD模拟时,我们需要根据实际情况合理设置出口边界条件,包括速度、压力和温度等参数。

同时,我们还需要考虑到系统的约束和限制,并确保模拟结果与实际情况相符合。

只有这样,我们才能得到准确可靠的模拟结果,并为实际工程应用提供有力的支持。

CFX边界条件设置讲解[1]

CFX边界条件设置讲解[1]

Outlet
CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary
Version 1.3
Fast convergence of mass flow
Mass flow restart
Mass flow diverges
Inventory #002445 4-8
边界条件
合理设置边界条件
Version 1.3
CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002445 4-11
边界条件
合理设置边界条件
• 实例
x
5 m/s
情况2: 可压缩流体 1) 质量守恒 过度约束
2) X方向动量守恒 约束不足
3/23/2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.
湍流强度和自动计算特征尺度 • 这个选项允许你去指定一个湍流强度但是特征尺度仍然需要自动计算. 湍流强度允许的范围是被限制在
0.1%-10.0% 的范围内,相应的代表很低的湍流程度到很高的团里程度. 通常上讲,自动计算出的特征 长度是不适合外流计算所需的
湍流强度和特征尺度 • 你可以直接指定湍流强度和特征尺度, 通过这两个选项k 和 ε 的值被计算出来. 低湍流强度 (Intensity = 1%) • 这里定义了一个 1% i的湍流强度和一个等于 1涡粘率. 中湍流强度 (Intensity = 5%) • 这里定义了一个 5% i的湍流强度和一个等于 10涡粘率. • 我们推荐这个选项,如果你不知道有关你要模拟情况的任何信息. 中湍流强度 (Intensity = 10%) • 这里定义了一个 10% i的湍流强度和一个等于 100涡粘率. 指定湍流强度和涡粘率

CFD边界条件

CFD边界条件

CFD边界条件CFD-边界条件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。

cfd出口边界条件

cfd出口边界条件

cfd出口边界条件
CFD出口边界条件是指在计算流体动力学(CFD)模拟中,用于描述流体在计算域的出口处的边界条件。

出口边界条件的选择对于获得准确的模拟结果非常重要。

常见的出口边界条件包括:
1. 压力出口(Pressure Outlet):在该边界条件下,流体的静压力被指定为一个已知值。

这种边界条件适用于需要模拟流体从计算域中流出的情况。

2. 出流(Outflow):在该边界条件下,流体的速度和压力被自由指定,通常是通过外部现象或者试验数据给出。

这种边界条件适用于需要模拟流体从计算域中流出的情况,但是没有明确的静压力值。

3. 对称(Symmetry):在该边界条件下,流体的速度和压力沿着对称面的法线方向为零,而在切向方向上与相邻单元相等。

这种边界条件适用于具有对称几何形状的问题。

4. 壁面(Wall):在该边界条件下,流体与壁面接触时,速度与壁面平行,且垂直于壁面的速度分量为零。

通常,壁面还需要指定壁面摩擦系数或壁面温度。

5. 入口(Inlet):入口边界条件用于指定流体在计算域的入口处的速度、压力、温度等初始条件。

这些条件通常是通过实验数据或其
他外部来源给定的。

以上仅是一些常见的CFD出口边界条件,根据具体问题和模拟要求,还可以选择其他边界条件。

正确选择和设置出口边界条件对于获得准确的模拟结果至关重要。

CFX边界条件的选择及组合

CFX边界条件的选择及组合

CFX边界条件的选择及组合CFX中一共有5种边界类型:inlet,outlet,opening,wall,symmetry(对称性)。

1、官方推荐的边界组合:(1)最健壮的:速度/流量进口,静压出口。

在这种组合情况下,进口的总压是求解结果的一部分。

(2)健壮的:进口静压,出口速度/流量。

此种情况下,进口速度及出口总压是可以计算。

(3)初始值敏感的:进口采用总压,出口用静压。

该组合对初始值的设置及其敏感,因为计算比较困难(还是可以计算),收敛速度严重依赖于初始值的好坏。

(4)不可信:进口用静压,出口也为静压。

此种组合是不推荐的。

由于速度值难以估计,所以极易出现非物理解。

(5)不可用(not possible):在出口位置设定总压。

由于约束较弱,一般来说设定总压进口是不推荐使用的。

2、回流现象及人工壁面有时候由于截取不恰当的边界位置,导致进口区域存在流体流出计算域,或者出口边界存在流体流入计算域,即所谓的回流现象。

回流现象对于计算收敛是不利的。

在进口或出口边界设定速度条件,可以允许回流现象而不会开启人工墙,采用压力边界或流量边界都会导致人工墙的出现。

同样,可以设定边界类型为opening来允许回流的发生。

3、关于进口总压与outflow不兼容的问题我们知道,outflow边界指定的是除压力外其他物理量沿边界法线方向梯度为0。

指定了总压进口,在不可压缩忽略能量损失的计算中,流体进出口位置的总压值要保持平衡。

而总压=静压+动压。

由于outflow边界指定是物理量的梯度等于0,这样我们没办法计算出出口位置确切的速度值,同样也就无法计算静压和动压值,利用软件求解,很容易导致非物理界的产生。

E=Z+P+V^2/2g在这个式子不包括'焓'项,因为泵在B级精度以下试验,不需要考虑温升的变化,所以认为焓"i"项为零.Z表示位置引起流体能量的变化项,在泵实验中是测量水面到基准面的高度。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

原文地址:XFDTD中外部边界条件的设置作者:浜嗕簡闈炰簡XFDTD中默认的外部边界条件是二阶稳定Liao辐射边界条件。

它可以将辐射或散射的电磁波几乎完全吸收,只有很少的反射。

XFDTD中还有完全匹配层(PML)外部边界条件、完全电导体(PEC)和完全磁导体(PMC)边界条件。

在同一个计算中,不能将Liao和PML边界混合使用。

而且,PML不能和PMC混用,Liao不能和PEC混用。

不恰当的边界条件可能导致不稳定的计算结果。

Liao BoundaryIt is important to understand the differences between the Liao and PML options. Liao is an estimation method. By looking into the FDTD space and back in time, it estimates the electric fields just outside the limits of the FDTD mesh. These estimated values are then used in the FDTD equations inside the space. The Liao estimation assumes that waves are allowed to travel outward from the space but not reflect back in. The Liao method works well provided that there is enough space between the radiating geometry and the outer boundary. Typical limits are at least 15 cells spacing.A homogeneous dielectric may be located against the Liao boundary. For example, in a lossy earth or strip line calculation, the earth or dielectric layer may touch the outer boundary. Liao will usually function well in this situation provided that there are no air gaps within 5 cells of the Liao boundary. Liao assumes homogeneous material within 5 cells, and if this is not the case then the FDTD calculation will usually be unstable with rapidly rising field amplitudes.Since Liao is an estimation method, the size of the FDTD mesh is not increased by using it. Some storage is needed for saving electric values at previous time steps, but this is usually negligible in a typical calculation.PML BoundaryPML is an artificial absorbing material. It absorbs the incident energy as it propagates through the PML layers. Better absorption, that is, smaller reflection, is obtained by adding more layers at the expense of increasing the size of the FDTD mesh.PML 是人工吸波材料。

当波传播到PML 层时,入射能量被吸收。

通过添加更多的PML可以得到更好的吸收,即意味着较小的反射,代价是增加FDTD的网格大小。

For example, consider an FDTD calculation on a mesh using the Liao absorber that is 50 x 60 x 70 cells or a total of 210,000 cells. There is a 15 cell free space border all around the geometry so that the Liao boundaries can provide small reflections. If the Liao is changed to eight PML layers, the geometry mesh will not change. However, outside of this defined mesh region, eight additional FDTD mesh layers are added on each side of the geometry. This means that the actual number of FDTD cells that must be calculated grows to 66 x 76 x 86 or 431,000 cells, more than double. Since PML cells require more arithmetic operations than normal FDTD cells, the time penalty is actually greater.This time penalty for PML is also increased because the PML cells have special equations for both electric and magnetic fields. For an FDTD calculation with no magnetic materials present, the magnetic fields are computed very quickly. However, when PML is added, the magnetic field update equations are more complicated even when no actual magnetic fields are present and this adds to the time penalty.The benefit of using the PML layers is that they provide better absorption than Liao even with only a 5 cell border of free space, and perhaps only 6 PML layers would provide this. In such a situation calculation time would be saved. Making this comparison would require meshing the object again with a smaller free space margin to the outer boundary. This can be done easily in XFDTD using the mesh tab and choosing a smaller padding around the geometry.使用的PML 边界条件的好处是他们即使带有仅 5 单元格边框的自由空间,业比廖边界提供更好的吸收,也许只要6层PML 层就可以做到。

在这种情况将节省计算时间。

要做到这一点,需要重新对对象进行网格划分,在其外部边界上设置更小的自由空间。

这可以在XFDTD 使用Grid网格选项卡,通过选择较小的几何周围填充padding来实现。

Both PML and Liao are offered to provide flexibility. Both methods should provide similar results when properly used although in some cases, particularly when low frequencies (compared to the cell size) are used, PML is superior.PEC boundaryRadiation and scattering calculations require that all six outer boundaries be set as absorbing. In some situations there are advantages to terminating one or more faces of the FDTD geometry space with a perfect electric conductor (PEC). For example, the conducting ground plane of a micro strip could be located on one face of the FDTD space.辐射和散射计算要求外部边界的六个区域均要设置为吸收。

在某些情况下,将FDTD 几何空间的一个或多个面设置为完美的电导体(PEC) 是有利的。

例如,微带天线的导电平面可以置于FDTD 空间的一个面上。

If the outer boundary of the calculation is not free space, a plane wave should not be used to excite the calculation and thefar-zone transformations will not provide correct results for far-zone fields.如果计算域的外部边界不是自由空间,则不能使用平面波来进行计算,而且远场转换也不是远场区域的正确结果。

相关文档
最新文档