CFX边界条件设置讲解[1]

CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002445 4-10
边界条件
合理设置边界条件
• 实例
5 m/s
x
10 m/s
情况1: 不可压缩流体 1) 质量守恒 不可能 2) X方向动量守恒
求解发散
Version 1.3
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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
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在这个讲座的结 尾部分由详细的
说明
Inventory #002445 4-5
边界条件
合理设置边界条件
Version 1.3
• 边界条件的设置对收敛性和结果的准确性有非 常大的影响
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-绝热 (热传导) -固定温度 (热传导) -热传导系数 (热传导)
• 对称面
– 无细节设置 (只有被指定的区域才能相对于一个面进行对称)
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CFX 11.0
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Version 1.3
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
Inventory #002445 4-16
边界条件 关键点
Version 1.3
• 设置合理的边界条件，不要过度约束
• 选择合理的计算域，使得最精确的边界条件得 以施加
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CFX前处理 边界条件
讲座 4
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Version 1.3
Inventory #002445 4-1
边界条件类型
Version 1.3
• 在所有需要进行模拟计算区域的外表面上，都需要设 置边界条件 (限制所需模拟的问题)
Version 1.3
• 除非湍流被模拟，通常上湍流是通过模拟湍流 传输特性，例如k 和 ε ，来进行解决的(讲座3 计算域– 理论)
• 与质量和动量相似，湍流变量需要指定的边界 条件
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• 出口
– 平均静压 – 速度分量 – 静压
-法向速度 -质量流
• 开口
– 压力和方向 – 压力 (Entrainment) – 静压和方向 – 静压 (Entrainment) – 速度分量
-温度 (热传导) -静温 (热传导) -来流湍流情况
• 壁面
– 无滑移 / 滑移 – 粗糙度 – 热流 (热传导)
Inventory #002445 4-19
入口湍流状态
Version 1.3
• 在入口处的湍流度可以通过多种选项来指定 ( 细节请见下页)
• 除非你对你要模拟的情况中的湍流等级一点都 不了解 (在这种情况下，你可以使用中等 (Intensity = 5%) 选项), 你应该精心的去选择湍 流强度和特征尺度
• 实例:柯恩达效应. 在一个对称管中的射流，当雷诺数大于一 定的数量时，流动将沿着其中的一侧进行.
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No Symmetry Plane
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Symmetry Plane
• 稳健的设置:入口边界设置为总压;出口边界设置为速度/质量流. 出 口处的静压和入口处的速度是结果的一部分.
• 对初始条件敏感的设置：:入口边界设置为总压;出口边界设置为 静压. 系统的质量流是结果的一部分
• 非常不可靠的设置:入口边界设置为静压;出口边界设置为静压. 这 个设置组合是不推荐的, 应为入口的总压和质量流在结构预测中 都是隐含的 (这种边界条件的组合对于系统约束来说，是非常脆 弱的).
• 对于一个求解问题来讲，边界条件不要过度约束也不要 不足
• 约束过度
• 没有给求解器足够的自由空间来达到正确的解 收敛困难
• 约束不足
• 没有给求解器足够的信息开始计算 没有物理结果
dy/dx y
12
10
8
6
4
2
0wk.baidu.com
0
2
4
6
8
x
70
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
x
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Outlet
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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
Version 1.3
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Inventory #002445 4-13
边界条件
合理设置边界条件
Version 1.3
• 我们推荐
• 最稳健的设置: 入口边界设置为速度/质量流; 出口边界设置为静压 . 入口的总压是模拟结果中隐含的结果.
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Inventory #002445 4-15
边界条件
合理设置边界条件
Version 1.3
• 小心使用; 对称的几何不一定意味着对称的流动
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Inventory #002445 4-9
边界条件
合理设置边界条件
• 实例
x
5 m/s
控制方程 1) 质量守恒 2) X方向动量守恒
10 m/s
Version 1.3
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Inventory #002445 4-17
边界条件 理论
Version 1.3
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Inventory #002445 4-18
入口湍流状态
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10 m/s
Version 1.3
Inventory #002445 4-12
边界条件
合理设置边界条件
• 实例
5 m/s
or 5 kg/s
x
Pstatic = 150 kPa
情况3: 最合理的设置
1) 质量守恒 好的边界条件定义 2) X方向动量守恒 好的边界条件定义
Version 1.3
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Inventory #002445 4-3
定义一个边界条件 基本设置
• 边界类型
– 入口, 出口, 开口, 壁面,对称面
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Inventory #002445 4-20
入口湍流状态
Version 1.3
默认湍流强度和自动计算特征尺度 • 默认的湍流强度是 0.037 (3.7%) ，它和计算出的特征尺度一起使用估计入口的 k 和 ε值. 特征长度是考
虑到湍流变化范围之后计算出来的. 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.
• 使用这个选项如果你希望输入自己的湍流强度和涡粘率. k 和 Epsilon • 直接指定k 和 ε 的值. 零梯度
• 通常上来讲，湍流强度的范围是从1% 到 5% ，但是这取决于你要模拟问题的具体情况
• 系统默认的湍流强度值是0.037 (即 3.7%) ，它 对模拟一个进入圆形入口的湍流是足够的了, 并且这是一个在实验缺乏的条件下很好的估值.
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Inventory #002445 4-14
边界条件
合理设置边界条件
Version 1.3
• 从数值计算的角度来说, 延伸入口和出口的位置通 常上来讲是非常有用的
Inventory #002445 4-6
边界条件
合理设置边界条件
• 实例 1
来流 (入口)
法向速度50 m/s
流出 (出口)
静压 0 Pa
来流 (入口)
法向速度50 m/s
流出(开口)
平均压力 0 Pa
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Version 1.3
Inventory #002445 4-4
定义边界条件 边界条件细节
• 入口
– 速度分量 – 法向速度 – 质量流 – 总压 (稳定的) – 静压
-静温 (热传导) -总温 (热传导) -总焓(热传导) -相对静压 (超声速) -入口湍流特性
• 对计算流体而言，只有 5 种基本的边界条件
壁面
出口
入口
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对称面
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自由流出口
Inventory #002445 4-2
如何创建一个边界条件 …如前所示.
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Version 1.3
Mass flow
Mass flow
Inventory #002445 4-7
边界条件
合理设置边界条件
• Example 2
来流 (入口)
法向速度25 m/s
流出 (出口)
静压
来流 (入口)
静压
流出(开口)
静压
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• 位置
– 在下拉菜单中选择区域的部件或 是从所有的2D构件中点选
• 坐标系
– 如果存在多个坐标系，请选择正 确的一个
• 坐标系类型
– 只有存在旋转坐标系的时候，才 会被激活. 允许用户根据旋转或 是静止（绝对）坐标系设置数值.
• 剖面边界条件
– 在下几章中进行讨论
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