Fluent_第7章__边界条件

Incompressible flows:
ptotal
pstatic
1 2
v2
Pressure Inlet (2)
注意的是 Gauge pressure 必须给定.
p p p absolute
gauge
operating
Operating pressure 定义: Define Operating
必须仔细确定边界条件的参数
直接影响了求解过程和所得到的结果.
边界条件
边界条件的作用 设置边界条件
流场的入口和出口 壁面、重复周期边界条件 内部单元区域 内部单元边界
边界条件的作用
out
边界条件
边界条件指引并限制流体运动。
边界条件是数学模型中必需的部分。
指定进入计算区域的通量：
压力出口
流动出口的静压（在回流中还包括
其它的标量）。
当出现回流时，使用压力出口边界条件来代替质量出 口 条件常常有更好的收敛速度。
压力远场
模拟无穷远处的自由可压流动，该流
动的自由流马赫数以及静态条件已经
指定了。这一边界类型只用于可压
流。
边界条件定义
质量出口
进风口 进气扇边界 通风口 排气扇边界
假定除了压力之外的所有流动变量正法 向梯度为零。模拟的流动出口的流速和 压力未知。适合于出口完全发展。不适 合于可压流计算。 模拟具有指定的损失系数，流动方向以 及周围（入口）环境总压和总温的进风口。 模拟外部进气扇，它具有指定的压力跳跃， 流动方向以及周围（进口）总压和总温。 模拟通风口，它具有指定的损失系数以及周 围环境（排放处）的静压和静温。 模拟外部排气扇，它具有指定的压力跳跃以 及周围环境（排放处）的静压。
显示给出 k、 给出湍流强度和长度尺度 给出湍流强度和粘性比 给出流体强度和水利直径
湍流强度和长度尺度取决于上游流场情况，例如：
涡轮的排气
Intensity = 20 % Length scale = 1 - 10 % of blade span
确定湍流参数
通过孔板和筛孔的下游流场
速度设定为负值时，可以用来表示出口. 但是必须要保证流量平衡.
压力预处理
绝对压力是相对于真空而言的。
绝对压力可以用操作压力和表压来
表示。
Hale Waihona Puke Baidu
p p p absolute
gauge
operating
静压是热力学压力。
absolute pressure
用绝对压力和表压的形式表示。
边界条件要求用表压形式输入。
超音速流动时静压;
亚音速时忽略
从该边界初始化时有用
Compressible flows:
Total Temperature 对于不可压流作为静温.
ptotal ,abs
pstatic,abs (1
k 1 M 2 )k /(k1) 2
Ttotal
Tstatic (1
k
1M 2
2)
Inlet Flow Direction
默认值：面
选择边界的类型.
鼠标直接选取.
对定义好的边界可以再 操作 更改、删除.
边界条件的定义——Specify Type
选择边界对应的几何体
默认值：体
选择边界的类型.
鼠标直接选取.
对定义好的边界可以再 操作
更改、删除.
边界条件的定义——Define
在Fluent中定义边界条件的具体值
特殊: Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust
fan
interior
其它: Wall, Symmetry, Periodic, Axis
inlet
单元、区域
Fluid and Solid
outlet
相交面
Fan, Interior, Porous Jump, Radiator, Walls
一下列出流场入口和出口可以使用的边界条件：
常用边界条件
Pressure inlet Pressure outlet
不可压流
Velocity inlet Outflow
可压流
Mass flow inlet Pressure far-field
特殊情况
Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan
Intensity = 10 % Length scale = 孔筛的尺度
充分发展的管流
Intensity = 5 % Length scale = 水利直径
Wall Boundaries
速度：无滑移 切向速度和固壁面速度相等. 法向速度为零 可以定义壁面剪切力.
热边界: 几种不同的条件 包括定义壁面厚度.
各种边界条件的参数 可以重新定义边界类型
重新定义边界条件
一般边界条件在预处理软件中定义.
可以在Fluent中更改:
Define Boundary Conditions... 选择要更改的几何体
从Type中选择新的类型.
给定边界条件参数
在 BC panels中直接赋值.
给选定的边界设定:
边界条件的设定
边界条件——Why and What
为了获得物理问题（各种微分方程）的唯一解， 必须对计算域边界设定各种参数值.
如各种通量（热通量、质量通量）、运动状况等.
边界条件内容:
定义边界条件的位置信息 (如进口、固体壁面、对称位 置面)
确定边界上的各种参数信息
边界条件的具体内容和计算中采用的物理模型、 边界条件的类型密切相关.
Velocity Inlet
定义类型:
Magnitude, Normal to Boundary Components Magnitude and Direction
默认值为均匀流动
适用于 incompressible flows. Static pressure 相应分布. Total pressure 同样 用于 compressible flows 将有可能导致非物理解.
Static Gauge Pressure 超音速有效 该边界初始化有效.
Total Temperature 对于不可压流动为静温.
Inlet Flow Direction
一般用于 compressible; 也可用于 incompressible flows.
Total pressure 由输入变量求得. 和 pressure inlet相比.收敛性差
pressure level
gauge pressure
operating pressure
operating pressure
vacuum
压力公式
总压（滞止压力）用下面公式定义：
ptotal = pstatic + 1/2 v2
1/2 v2为动压。
由理想气体定律密度由下面公式计算：
不可压流： poperating RT
从Zone菜单中选择边界. 点击Set按钮
利用Copy按钮可以复制边界条件.
边界条件的内容可以存盘， 也可以读入.
file write-bc and file read
利用 UDFs and Profiles可以 定义复杂的边界条件
流场的入口和出口
对计算区域的流场入口和出口可以选择设置多 种边界条件。
Conditions
同时适用 compressible 和 incompressible flows.
Fluent 计算时采用 static pressure and velocity 通过压力面的通量由内部条件和流动方向决定.
Mass Flow Inlet
参数确定:
(a) Mass Flow Rate or (b) Mass Flux (a) 给定恒定的流量 (b) 利用 profiles/UDF定义
基本流程
Gambit
Solver Boundary Type
Fluent
Fluid Type Select Boundary
Set Parameters
边界条件的定义——Solver
选择求解器
正对求解器选择不同的 边界条件定义器
边界条件的定义——Specify Type
选择边界对应的几何体
在菜单Define Materials…中选择incompressibleideal-gas 。
将操作压力（ Operating Pressure）设为问题中压力 的平均值。
Pressure Inlet (1)
参数确定:
Total Gauge Pressure 驱使流体运动的能量.
Static Gauge Pressure
定义运动的壁面.
Symmetry and Axis Boundaries
Symmetry Boundary
简化计算量. 不需任何参数. 计算域和几何形状必须对称:
对称面上法向速度为零 所有的变量法向梯度为零
Axis Boundary
可压流： pabsolute RT
设置操作压力（ Operating Pressure）
对可压流：
将设置操作压力（ Operating Pressure）设为0。 将表压作为绝对压力处理。
对不可压流，密度为常值时，操作压力 （ Operating Pressure）不起作用。
对不可压流，使用理想气体定律计算密度：
质量 动量 能量
湍流中的K.E. 湍流中的耗散率 组分质量分数
walls
边界条件被分配到区域内
in
区域是单元（流体或固体）或单元边界（流场边界或 内部面）的集合。
内部面主要用于后处理。
内部面与区域相联系：
内部的面可以从单元边界自动产生。
内部面只与流体区域有个而与固体区域无关。
不能用来模拟密度随时间变化的问题.
当存在回流时，很难收敛
不能模拟最终结果存在回流的物理问题.
其它的边界条件
Pressure Far Field
模拟 ideal gas law下的流动. 通常给定 free-stream Mach number 和静态参数 .
Exhaust Fan/Outlet Vent
wall
Orifice_plate and orifice_plateshadow
边界条件定义
速度入口
流动入口边界的速度和标量。
压力入口
流动入口边界的总压和其它标量。
质量流动入口 可压流规定入口的质量流速。
在不可压流中不必指定入口的质量流，因为当密度是常 数时，速度入口边界条件就确定了质量流条件。
轴边界 排气扇面 排气口 入口扇面 界面 质量入口 流出 出口 压力远场 压力入口 压力出口 对称 速度入口 壁面
基本的边界类型
外部面
一般: Pressure inlet, Pressure outlet
不可压: Velocity inlet, Outflow
可压: Mass flow inlet, Pressure far-field
可以被用来模拟自由流.
Outflow
不需指定任何速度和压力信息.
由内部区域来传递信息. 边界上保持流量平衡.
在Outflow面上所有参数梯度为零
近似于充分发展流
适用于 incompressible flows.
不能和 Pressure Inlet合用; 入口只能是 velocity inlet.
Pressure Outlet
给定 static gauge pressure 作为出口处的环境压力. 可以定义径向的压力分布.
Backflow 收敛过程出现 最终结果如此. 方向是垂直于边界.
适用于 compressible 和 incompressible flows 在超音速条件下，忽略所给定的压 力值.
给定压力损失系数（压力降）以及环境参数
Inlet Vent/Intake Fan
模拟风扇运动. 给定压力损失系数（压力降）以及环境参数
确定湍流参数
在入口（ inlet ）、出口（outlet)、外场(far-field) 有湍流时要求定义以下参数：
湍流动能 k 湍流耗散率
FLUENT中有四种方法指定湍流参数：
边界的种类
axis exhaust-fan inlet-vent intake-fan interface mass-flow-inlet outflow outlet-vent pressure-fat-field pressure-inlet pressure-outlet symmetry velocity-inlet wall