FLUENT进行流体动力学分析时,分析边界条件的种类及应用要点

FLUENT进行流体动力学分析时，分析边界条件的种类及应用要点。

答：FLUENT 软件提供了十余种类型的进、出口边界条件，分别如下：

(1) 速度入口(velocity-inlet)：给出入口边界上的速度。

给定入口边界上的速度及其他相关标量值。该边界条件适用于不可压速流动问题，对可压缩问题不适合，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) 压力入口(pressure-inlet)：给出入口边界上的总压。

压力入口边界条件通常用于流体在入口处的压力为已知的情形，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进口流量或流动速度为未知的流动。压力入口条件还可以用于处理自由边界问题。

(3) 质量入口(mess-flow-inlet)：给出入口边界上的质量流量。

质量入口边界条件主要用于可压缩流动；对于不可压缩流动，由于密度是常数，可以用速度入口条件。质量入口条件包括两种：质量流量和质量通量。质量流量是单位时间内通过进口总面积的质量。质量通量是单位时间单位面积内通过的质量。如果是二维轴对称问题，质量流量是单位时间内通过2π弧度的质量，而质量通量是通过单位时间内通过1 弧度的质量。

(4) 压力出口(pressure-outlet)：给定流动出口边界上的静压。

对于有回流的出口，该边界条件比outflow 边界条件更容易收敛。给定出口边界上的静压强（表压强）。该边界条件只能用于模拟亚音速流动。如果当地速度已经超过音速，该压力在计算过程中就不采用了。压力根据内部流动计算结果给定。其他量都是根据内部流动外推出边界条件。该边界条件可以处理出口有回流问题，合理的给定出口回流条件，有利于解决有回流出口问题的收敛困难问题。(5) 无穷远压力边界 (pressure-far-field)：该边界条件用于可压缩流动。

如果知道来流的静压和马赫数，FLUENT 提供了无穷远压力边界条件来模拟该类问题。该边界条件适用于用理想气体定律计算密度的问题。为了满足无穷远压力边界条件，需要把边界放到我们关心区域足够远的地方。

(6) 自由出流 (outflow)：对于出流边界上的压力或速度均为未知的情形，可以选择自由出流边界条件。

这类边界条件的特点是不需要给定出口条件（除非是计算分离质量流、辐射换热或者包括颗粒稀疏相问题）。出口条件都是通过FLUENT 内部计算得到。但并不是所有问题都适合，如下列情况，就不能用出流边界条件：①包含压力进口条件；

②可压缩流动问题；③有密度变化的非稳定流动问题（即使是不可压缩流动）。

(7) 进口通风 (inlet vent)：进口通风边界条件需要给定入口损失系数、流动方向和进口环境总压和总温。对于进口通风模型，假定进口风扇无限薄，通风压降正比于流体动压头和用户提供的损失系数。

(8) 进口风扇 (intake fan)：进口风扇边界条件需要给定压降、流动方向和环境总压和总温。假定进口风扇无限薄，并且有不连续的压力升高，压力升高量是通过风扇速度的函数。如果是反向流动，风扇可以看成是通风出口，并且损失系数为1。压力阶跃可以是常数，或者是流动方向垂直方向上速度分量的函数形式。

(9) 出口通风 (outlet vent)。

出口通风边界条件用于模拟出口通风情况，并给定一个损失系数以及环境(出口）压力和温度。排出风扇给定损失系数和环境静压和静温。

(10) 排气扇 (exhaust fan)：排风扇给定压降，环境静压。

排气扇边界条件用于模拟外部排气扇，给定一个压升和环境压力。假定排气扇无限薄，并且流体通过排气扇的压升是流体速度的函数。

(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形。在对称轴或者对称平面（如图1-10-5）上，既无质量的交换，也无热量等其他物理量的交换，因此垂直于对称轴或者对称平面的速度分量为零。在对称轴或者对称平面上，所有物理量在其垂直方向上的梯度为零。因此在对称边界上，垂直于边界的速度分量为零，任何量的梯度也为零。

(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，那么可以采用周期性边界条件。FLUENT 提供了两种类型：一类是流体经过周期性重复后没有压降（cyclic）；另外一类有压降(periodic)。

(13) 固壁边界（wall）

对于黏性流动问题，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。根据流动情况，可以计算壁面切应力和与流体换热情况。壁面热边界条件包括固定热通量、固定温度、对流换热系数、外部辐射换热、外部辐射换热与对流换热等。