ansys-FLUENT03边界条件

A Pera Global Company © PERA China
Outflow
不需要压力或速度信息
– 出口平面的数据由内部数据外插得到
– 边界上加入质量流量平衡
所有变量的法向梯度为零
– 流体在边界为充分发展
outflow 边界针对不可压缩流动
– 不能和压力进口同时使用（必须和速度进口一起使用） – 不能用于变密度的非稳态流动
inlet-1 fluid
outlet-2 inlet-2 outlet-2 outlet-1 2D Flow Domain (approximation)
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பைடு நூலகம்
inlet-1
inlet-2
outlet-1 Actual 3D Flow Domain
边界条件类型和所采用的物理模型决定了边界上需要的数据 你需要注意边界上的流体变量应该是已知的或可以合理预估的
– 不好的边界条件对计算结果影响很大
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流体域
流体域是一系列单元的集合，在 其上求解所有激活的方程
需要选择流体材料 – 对多组分或多相流，流体域包含 这些相的混合物
– Outflow:
Pressure outlet
• 流量比例由 Flow Rate Weighting (FRW) 计算：
• 出口间的静压变化，以匹配设定的流量分配
Outflow (FRW1) Velocity inlet (V, T0) Outflow (FRW2)
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Incompressible:
Compressible:
流量入口
流量入口是为可压缩流设计的，但也可以 用于不可压流动 – 调整总压以适合流量入口 – 比压力入口更难收敛 要求的信息 – 质量流量或流率 – 超音速/初始表压 • 如果当地为超音速，取静压，如果 是亚音速，忽略此项。
总结
边界域用来控制求解时的外部和内部边界，有许多边界类型用来 定义不同的边界信息 实体域用来赋予流体或固体材料
– 选择项包括多孔介质域、层流域、固定值域等
使用对称面和周期边界条件能减少计算量 未介绍的其他边界条件类型见附录 – 远场压力 – 排气扇 / 出风口 – 进风口 / 抽气扇 – 出口
域和域的类型在前处理阶段定 义 要改变边界条件类型：
– 在 Zone 列表中选择域名。
– 在 Type 下拉列表中选择希 望的类型
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设定边界条件数据
在 BC 面板中设置 – 设定指定边界的条件:
• 在项目树中选择边界条件 • 在 Zone 列表中选择边界名称 • 点击 Edit
输入各方向的粘性系数和惯性阻力 系数
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固体域
固体域是一组只求解导热问题而 不求解流动方程的单元集合 只需要输入材料名称
选择项允许输入体积热源
如果临近固体域的单元是旋转周 期边界，需要指定旋转轴 可以定义固体域的运动
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附录
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其他边界条件
压力远场条件 – 用来模拟无穷远处的可压缩自由流，输入静压和自由流马赫数 – 只有密度是用理想气体计算时可以使用压力远场条件 压力出口的目标质量流量选项（不能用于多相流） – 固定压力出口的流量（常数或UDF） – 用 TUI可以设置迭代方法 排气扇 / 出风口 – 用指定的压升/压降系数以及环境压力和温度模拟排气扇或出风 口的条件 进风口 / 抽气扇 – 用指定的压降/压升系数以及环境压力和温度模拟进风口或进气 扇的条件 对LES/DES模拟的进口边界，在湍流模型一节中介绍
– 边界条件数据可以从一个面拷贝到其 他面
边界条件也可以通过 UDF和分布文件 定义.
分布文件这样生成: – 从其他CFD模拟写一个分布文件 – 创建一个有格式的文本文件
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速度进口
指定速度 – 速度大小，垂直入口 – 方向分量 – 大小和方向 指定入口均匀速度分布。如用UDF或 者分布文件，可以指定分布入口条件 速度入口用于不可压流动，不建议用 于压缩流 速度大小可以是负值，意味着出口。
ANSYS FLUENT 培训教材 第三节：边界条件
安世亚太科技（北京）有限公司
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定义边界条件
要确定一个有唯一解的物理问题，必须指定边界上的流场变量
– 指定进入流体域的质量流量、动量、能量等
定义边界条件包括:
– 确定边界位置
– 提供边界上的信息
– 平移周期对称
• 通过周期面的ΔP必须有限 • 模型是充分发展条件. • 指定每个周期的平均 ΔP 或质量流量
Flow
Rotationally periodic planes
如果没有在网格阶段定义周期条件，可 以在 FLUENT TUI中用下面命令指定
Translationally periodic planes 2D Tube Heat Exchanger
– 不可压缩流
• Velocity Inlet • Outflow (不建议用)
– Radiator
– Wall
– 压缩流
• Mass Flow Inlet • Pressure Far Field
域
– Fluid
– Solid – Porous media
wall orifice
outlet
– 其他
/mesh/modify-zones/make-periodic
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内部边界面
只在单元的面上定义:
– 内部边界面的厚度为零
– 内部边界面上的变量可以突变
用来实现下面一些物理模型:
– 风扇
– 散热器 – 多孔突变区域
• 相比多孔介质模型更易收敛
对湍流可以指定壁面粗糙度
– 基于局部流场的壁面剪切应力 和传热 壁面可以设置平移或旋转速度
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对称面和轴
对称面
– 不需要输入
– 流场和几何都需要是对称的:
• 对称面法向速度为零 • 对称面所有变量法向梯度为零
• 必须仔细确定正确的对称面位置
Symmetry Planes
轴
– 轴对称问题的中心线 – 不需要输入 – 必须和X轴正向重合
Axis
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周期边界条件
用来减少全局网格量 流场和几何必须是旋转周期对称或平移 周期对称 – 旋转周期对称
• 通过周期面的ΔP = 0 • 在流体域中必须指定旋转轴
要求输入 – 表压– 流体流入环境的静压。 – 回流量 – 当有回流发生时，起到进口的 作用 对理想气体（可压缩）流动，可以使用无 反射出口边界条件
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壁面边界条件
粘性流动中，壁面采用无滑移边 界条件 – 可以指定剪切应力. 热边界条件 – 有几种类型的热边界条件。 – 对一维或薄壳导热计算，可以 指定壁面材料和厚度（细节会 在传热课程介绍）。
谢谢
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输入的选择项 – 多孔介质域 – 源项 – 层流域 – 固定值域 – 辐射域
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多孔介质
多孔介质是一种特殊的流体域 – 在 Fluid 面板中激活多孔介质域 – 通过用户输入的集总阻力系数来确 定流动方向的压降 用来模拟通过多孔介质的流动，或 者流过其他均匀阻力的物体 – 堆积床 – 过滤纸 – 多孔板 – 流量分配器 – 管束
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压力进口
压力入口适用于压缩和不可压缩流
– 压力入口被处理为从滞止点到入 口的无损失过渡 – FLUENT 计算静压和入口的速度 – 通过边界的流量随内部求解和指 定的流动方向而改变
需要的输入
– 表总压 – 超音速 / 初始表压 – 入口流动方向 – 湍流量（如是湍流的话） – 总温 (如果有传热和/或压缩）
• 如果初场由此边界设定的化，用于 初场计算
– 总温 （在 Thermal 面板） • 对不可压缩流取静温 – 指定方向
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压力出口
适用于压缩和不可压流动 – 如果流动在出口是超音速的，指定的压 力被忽略
– 在外流或非封闭区域流动，作为自由边 界条件
有回流时收敛性很差.
– 最终解如有回流，不能使用此条件
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多出口模拟
多出口流动可以使用压力出口或outflow
– 压力出口 – 要求知道下游压力，FLUENT计算每个出口的流量比 例
Velocity inlet (V, T0) OR Pressure inlet (p0, T0) Pressure outlet
– 内部面
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Case 设置的复制
要复制一个 case 设置:
– 通过TUI命令读写边界条件 /file/write-bc 创建一个边界条件文件 /file/read-bc 读入一个边界条件文件 – 可以把二维case 的设置读入到三维 case中
垂直边界的方向不应该有大的 梯度
– 不正确的设置
减少近边界的网格扭曲度
– 否则在计算早期会带来误差
1
2
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边界条件类型
外部边界 – 通用
• Pressure Inlet • Pressure Outlet
内部边界
– Fan
– Interior – Porous Jump
• • • • Wall Symmetry Axis Periodic
– 特定
• Inlet / Outlet Vent • Intake / Exhaust Fan
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plate plate-shadow inlet
改变边界条件类型
确定边界位置-例子
在本例中，入口条件有三个可能的位置: 1. 进气管的上游 • 可以用均匀分布条件 Air
1
Combustor Wall
• 考虑混合效应
• 非预混反应模型 • 需要更多单元
2. 喷嘴进口平面
• 非预混反应模型 • 需要精确的入口分布 • 流动仍然是非预混的 3. 喷嘴出口平面 • 预混反应模型 • 需要精确的分布
1
2
3
Nozzle Manifold box Fuel
• 由于进口边界对流场的影响很大，不建议使用
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一般的建议
如果可能，边界的位置和形状 能保证流体或者进入流体域， 或者流出流体域
– 不是必须的，但这样能更好 的收敛
Upper pressure boundary modified to ensure that flow always enters domain.