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, interior

5－2 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 plate

1，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。

6，自由出流（outflow）：该边界条件用以模拟在求解问题之前，无法知道出口速度或者压力；出口流动符合完全发展条件，出口处，除了压力之外，其它参量梯度为零。但并不是所有问题都适合，有三种情况不能用自由出流边界条件：包含压力进口条件；可压缩流动问题；有密度变化的非稳定流动（即使是不可压缩流动）。

7，进口通风（inlet vent）：进口风扇条件需要给定一个损失系数，流动方向和环境总压和总温。

8，进口风扇（intake fan）：进口风扇条件需要给定压降，流动方向和环境总压和总温。9，出口通风（out let vent）：排出风扇给定损失系数和环境静压和静温。

10, 排气扇（exhaust fan）：排除风扇给定压降，环境静压。

11，对称边界（symmetry）：对称边界条件适用于流动及传热场是对称的情况。

12，周期性边界（periodic）：如果我们关心的流动，其几何边界，流动和换热是周期性重复的，那么可以采取周期性边界条件。

13，固壁边界（wall）：对于粘性流动问题，FLUENT默认设置是壁面无滑移条件。对于壁面有平移运动或者旋转运动时，可以指定壁面切向速度分量，也可以给出壁面切应力从而模拟壁面滑移。

5－3 速度进口边界条件（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。

边界条件设置的主要输入量如图示，包括：

●速度大小，方向或各速度分量；Velocity magnitude and direction or velocity

components

●周向速度（轴对称有旋流动）；Swirl velocity (for 2D axisymmetric problems

with swirl)

●静温（考虑能量）；Temperature (for energy calculations)

●出流表压（对于耦合求解器）；Outflow gauge pressure (for calculations with

the coupled solvers)

●湍流参数（考虑湍流计算）；Turbulence parameters (for turbulent

calculations)

●……

5－4 压力进口边界条件（pressure-inlet）

压力进口边界条件通常用于给出流体进口的压力和流动的其它标量参数，对计算可压和不可压问题都适合。压力进口边界条件通常用于不知道进口流率或流动速度时候的流动，这类流动在工程中常见，如浮力驱动的流动问题。压力进口条件还可以用于处理外部或者非受限流动的自由边界。

压力边界条件的设置如图，其中第一项的表压强与绝对压强，操作压强有如下关系： 5－1 Operating pressure 输入：Define —>operating conditions

另外还应注意，这里给出的表压强的大小，是入口边界上的总压。

21

2total static p p v ρ=+ 不可压缩流动 5—1

2/(1)1

(1)2

k k total static k p p Ma --=+ 可压缩流动 5—2

压力进口条件需要输入的主要参数：

● 总压；Total (stagnation) pressure

●

总温；Total (stagnation) temperature ● 流动方向；Flow direction ● 静压；Static pressure ● 湍流参数（用于湍流计算）；Turbulence parameters (for turbulent calculations) ●

辐射参数（考虑辐射）；Radiation parameters (for calculations using the P-1

model, the DTRM, the DOmodel, or the surface-to-surface model) ● 化学组分质量分数（考虑化学组分）；Chemical species mass fractions (for

species calculations)

● 混合分数及其方差（用PDF 燃烧模型）；Mixture fraction and variance (for

non-premixed or partially premixed combustion calculations) ● … …

压力水平

真空

operating

gauge absolute p p p +=