第四章,边界条件PPT

outflow condition not obeyed
outflow condition obeyed
outflow condition closely obeyed
计算流体与传热传质
0.8 0.7 0.6 0.5
Y
0.4 0.3 0.2 0.1 0
0
1
2
3
4
5
6
X
特征U速度是多少？ 特征长度是什么？ 特征时间是什么？ 选择模型 进口： 湍流强度K怎么取？ 耗散率多少？
计算流体与传热传质
压力边界条件 (2)
给定流动方向.
流动方向不合理，得到的解可能很不符合物理现象. 适合于：可压与不可压缩流动. Pressure inlet boundary is treated as loss-free transition from stagnation to inlet conditions. Mass flux through boundary varies depending on interior solution and specified flow direction. 压力进口的地方可能会有流出情况出现. 流动方向由求解结果决定. Exhaust static pressure is defined by value specified for gauge total pressure wherever outflow occurs.
计算流体与传热传质
时间分布
The format of the standard transient profile file ((profile-name transient n periodic?) (field_name-1 a1 a2 a3 .... an) (field_name-2 b1 b2 b3 .... bn) .... (field_name-r r1 r2 r3 .... rn)) One of the field_names should be used for the time field, and the time field section must be in ascending order. The periodic? entry indicates whether or not the profile is time-periodic. Set it to 1 for a timeperiodic profile, or 0 if the profile is not time-periodic.
计算流体与传热传质
压力边界条件
压力边界条件要求输入表压 （ gauge pressure）:
pabsolute pgauge poperating
可压缩
absolute pressure operating pressure gauge pressure operating pressure pressure level
流动进口与出口
可压缩流动 Fluent 中进、出计算区域的边界条件: 质量进口Mass flow inlet 一般流动 压力远场Pressure far-field Pressure inlet 特别 Pressure outlet Inlet vent, outlet vent, 不可压缩 intake fan, exhaust fan Velocity inlet Outflow
((sampleprofile transient 3 0) (time 1 2 3 ) (u 10 20 30 ) )
计算流体与传热传质
确定湍流参数
湍流强度:脉动速度/平均速度 湍流强弱区分: 低湍流度:<1% 高湍流度:>10% 低湍流风洞里:0.05-0.5% 内流取决于上游流动; 未完全发展,且没有扰动,低湍流 完全发展:2-4% u 管内流动,
计算流体与传热传质
Outflow边界
Outflow边界，除了压力之外，其它量的梯度为零。 FLUENT 从流场内外推边界所需的信息. 特别有用的情况: 求解之前，不知道速度和压力的流动问题. 流动出口是，或接近是完全发展的流动. 注: 当求解过程中，或者求解结果具有回流时，用 Pressure Outlet 比用 Outflow出口条件更具有 收敛优势.
计算流体与传热传质
流动进口与出口
根据物理过程，选择合适的边界条件. 一般准则: 根据有流入与流出情况决定进口与出口的位 置与形状. 尽可能选择收敛性好的边界条件. 在垂直边界的方向上不宜有较大的梯度. 表明进口或出口位置位置选择不合理. 近壁处网格的偏斜尽可能小.
计算流体与传热传质
计算流体与传热传质
相同边界条件简便处理方法
计算流体与传热传质
边界条件设置
每个区（流体、固体）首先在 Gambit中预设，Fluent中可以修 正与改动
流体或固体材料 动坐标或滑移网格 源项 固定值 多孔介质区域 湍流（层流）
每个区域都必须有其对应的边界条 件:
计算流体与传热传质
C

l

计算流体与传热传质
湍流长度尺度/水力学直径
1/ 2 k K-模型中, 1/ 4 C l
粘性比
k t 1 ( )

源自文库诺应力模型:
uiuj 0
2 uk k uk 3
计算流体与传热传质
确定湍流参数
湍流经过 inlet, outlet边界, 或者在远边界条件下, FLUENT 5,6 需要提供如下边界值 湍动能 k 湍流耗散率 给定湍流参数的四种方法: 直接给定 k 和 。 给定turbulence intensity 和 turbulence length scale 给定turbulence intensity 和 turbulent viscosity ratio 设定 turbulence intensity 和 hydraulic diameter

计算流体与传热传质
压力出口边界 (2)
对于不可压缩流动: 静压给定边界压力 其它量由流场内计算外推得到. 对于可压流动: 静压计算不考虑当地是否是局部超音速. 所有计算量从计算区域里外推计算. 当进口条件设定为pressure inlet时，出口一定要用 pressure outlet.
第四章，边界条件
计算流体与传热传质
Category
Zone Types
Faces
Double-Sided Faces Periodic Cells
axis, outflow, mass flow inlet, pressure far-field, pressure inlet, pressure outlet, symmetry, velocity inlet, wall, inlet vent, intake fan, outlet vent, exhaust fan fan, interior, porous jump, radiator, wall periodic fluid, solid (porous is a type of fluid cell)
0.093/ 4 k 3/ 2 l
计算流体与传热传质
如果选择计算到壁面
管道流动？
摩擦速度
壁面函数
y1 = 50/u
c f / 2 0.039Re D
u w / U e c f / 2
0.2
•
Two-layer model
y1 = / u
计算流体与传热传质
确定湍流参数
0.093/ 4 k 3/ 2 l
湍流强度与长度尺度取决于上游来流条件，比如 : 透平机械出口 Intensity = 20 % Length scale = 1 - 10 % of blade span 孔板和屏风下游 Intensity = 10 % Length scale = screen/hole size 完全发展的腔道或管内流动 Intensity = 5 % Length scale = hydraulic diameter
I
U
1/ 8 0.16Re Dh
计算流体与传热传质
湍流长度尺度/水力学直径
管内流动 l 0.07 L (L是管径或水力学直径) 钝体绕流,L是钝体尺寸 边界层 l 0.4 99 粘性比:1< t / <10 3 UIl 单方程模型(Spalart-Allmaras)中, 2 3 2 湍动能 k (UI ) 2 2 t 1 k 3/ 2 耗散率 粘性比 : C ( ) 3/ 4 k
计算流体与传热传质
Outflow 边界条件不能使用场合
Outflow 边界不能用于:
可压缩流动. Pressure Inlet 边界条件 : 变密度的非定常流动.
不适合的物理问题:
回流区 流动方向有明显压 力梯度 下游影响上游流动
outflow condition ill-posed
工作压力（Operating pressure）设置 : Define Operating Conditions 适合压力边界条件设置的条件: 进口流量或速度不知道 (如浮 力驱动的流动). 外流的自由边界 或 需要确定 的自由流。
不可压缩
vacuum
计算流体与传热传质
压力边界条件 (1)
设定进口总压、总温 和其它标量
1 2 ptotal pstatic v 2
不可压缩流动
k 1 2 k /(k 1) ptotal pstatic (1 M ) 2
可压缩流动
计算流体与传热传质
压力边界条件 (1)
Supersonic/Initial Gauge Pressure 给定超音速流动静温 如果需要，用于给定不可压缩流动初温 Total temperature: 可压缩流动必须定义总温 如果需要，可以用于定义不可压缩流动静 温
速度进口：Velocity Inlets
进口速度知道时，给定该条件 默认是均匀速度 针对不可压缩流动问题. 总(滞止)量（温度、压力 等）不定. 总(滞止)量不定用以调 节速度分布 如果用于可压缩流动，得 到的解不符合物理意义.
避免把速度进口放的太靠近障碍物.
计算流体与传热传质
计算流体与传热传质
压力出口：Pressure Outlet (1)
定义出口处的static (gauge) pressure. 流场流入什么样的压 力环境里. 可以给定压力径向分布. 压力出口处可能会出现回 流: 求解过程或者求解结 果中，都可能如此. 回流方向与出口边界 垂直的方向. 由于回流量具有“弹 性”，求解收敛性能 较好. 回流出现时，用静压 来给回流总压赋值.
给定曲线分布的进口
用 UDF’s 定义边界条件. 曲线可以是空间变化，也可以 随时间变化. 读入: 从其它 CFD 软件模拟结果中读 入 产生一个格式文件，具有位置 及边界条件的信息。 可以处理曲线分布边界条件命令: Define Profiles 用 ‘hooks’把曲线加到边界条件中.
计算流体与传热传质
速度分布读入Profiles
((Inletvelocity point 21) (y -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0) (inletvelocity 0 0.1 0.4 0.9 1.6 2.5 3.6 4.9 6.4 8.1 10 8.1 6.4 4.9 3.6 2.5 1.6 0.9 0.4 0.1 0))