1、第五章，邊界條件5-1,FLUENT程序邊界條件種類(lèi)orifice(interior)Example: Face and Cell zones associated with Pipe Flow through orifice plate一般形式:壓力進(jìn)口壓力出口FLUENT的邊界條件包括：1,流動(dòng)進(jìn)、出口邊界條件2,壁面，軸對(duì)稱(chēng)和周期性邊界3, Internalcellzones:fluid,solid(porousisatypeoffluidzone)4, Internalfaceboundaryies:fan,radiator,porousjump,wall,interior52,流動(dòng)進(jìn)

2、口、出口邊界條件FLUENT提供了10種類(lèi)型的流動(dòng)進(jìn)、出口條件，它們分別是:可壓縮流動(dòng):質(zhì)量進(jìn)口壓力遠(yuǎn)場(chǎng)不可壓縮流動(dòng)：特殊進(jìn)出口條件：速度進(jìn)口進(jìn)口通分，出口通風(fēng)自由流出吸氣風(fēng)扇，排氣風(fēng)扇1,速度進(jìn)口：給出進(jìn)口速度及需要計(jì)算的所有標(biāo)量值2,壓力進(jìn)口：給出進(jìn)口的總壓和其它需要計(jì)算的標(biāo)量進(jìn)口值3,質(zhì)量流進(jìn)口：主要用于可壓縮流動(dòng)，給出進(jìn)口的質(zhì)量流量。對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，沒(méi)有必要給出該邊界條件，因?yàn)槊芏仁浅?shù)，我們可以用速度進(jìn)口條件。4,壓力出口：給定流動(dòng)出口的靜壓。對(duì)于有回流的出口，該邊界條件比outflow邊界條件更容易收斂。5,壓力遠(yuǎn)場(chǎng)：該邊界條件只對(duì)可壓縮流動(dòng)適合。6, outflow:該邊界條件

3、用以模擬在求解問(wèn)題之前，無(wú)法知道出口速度或者壓力；出口流動(dòng)符合完全發(fā)展條件，出口處，除了壓力之外，其它參量梯度為零。該邊界條件不適合可壓縮流動(dòng)。7, inletvent:進(jìn)口風(fēng)扇條件需要給定一個(gè)損失系數(shù)，流動(dòng)方向和環(huán)境總壓和總溫。8, intakefan：進(jìn)口風(fēng)扇條件需要給定壓降，流動(dòng)方向和環(huán)境總壓和總溫。9, outletvent：排出風(fēng)扇給定損失系數(shù)和環(huán)境靜壓和靜溫。10, exhaustfan.：排除風(fēng)扇給定壓降，環(huán)境靜壓。53壓力進(jìn)口邊界條件壓力進(jìn)口邊界條件通常用于給出流體進(jìn)口的壓力和流動(dòng)的其它標(biāo)量參數(shù)，對(duì)計(jì)算可壓和不可壓?jiǎn)栴}都適合。壓力進(jìn)口邊界條件通常用于不知道進(jìn)口流率或流動(dòng)速度時(shí)候

4、的流動(dòng)，這類(lèi)流動(dòng)在工程中常見(jiàn)，如浮力驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)問(wèn)題。壓力進(jìn)口條件還可以用于處理外部或者非受限流動(dòng)的自由邊界。壓力邊界條件需要表壓輸入。pabsolute=pgaugepoperating51Operatingpressure輸入：Define-operatingconditions壓力進(jìn)口條件需要輸入的參數(shù)：總壓，總溫，流動(dòng)方向，靜壓，湍流量（用于湍流計(jì)算）（考慮輻射），化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（考慮化學(xué)組分），混合分?jǐn)?shù)及其方差（用PDF燃燒模型）,輻射參數(shù)progress variable（預(yù)混燃燒計(jì)算）,離散相邊界條件（稀疏相計(jì)算）及第二相體積分?jǐn)?shù)（多相計(jì)算）等。ptotalp static 一

5、： v2不可壓縮流動(dòng)ptotal一k - 1 - .pstatic (1M22）k/（k-）可壓縮流動(dòng)1rF流場(chǎng)中的壓力pss包括了勢(shì)壓R°gx ,即：ps = p0gx + ps ,或：半"二P：x在體積力源項(xiàng)中考慮，如果密度沒(méi)有變化，則在壓力計(jì)算中不需要考慮勢(shì)壓。 慮勢(shì)壓。5 20g -：x我們輸入的壓力也不需要考NutfikLH1constantcorTstant口 o ft S tan tCaLiieTotalHt-e,S'SLit-e(paseal)Si.it>eronicjrinitisil口自口口已Presatirer»a告上自門(mén)Tot

6、s!TeHfipmratLire(kl-DIrcct：loi-i/pGolflqwtlciiKyflcfcliodIxlormilt：oRoundii-yTorBLil/nueSpcindAtioriK.1tHoc.1IriteH'sityM.ric.111ytirailIfoII'yc.irul.ilicDiurrit±Ltfr(in)Otcu&n，el|Hei-5-4速度進(jìn)口邊界條件給定進(jìn)口的速度及其它相關(guān)標(biāo)量值。該邊界條件對(duì)不可壓速流動(dòng)問(wèn)題適用，但對(duì)可壓縮問(wèn)題不適合,因?yàn)樵撨M(jìn)口條件會(huì)使得進(jìn)口的總溫或總壓有一定范圍的波動(dòng)。輸入量包括：速度大小，方向或各速度

7、分量；周向速度（軸對(duì)稱(chēng)有旋流動(dòng)），靜溫（考慮能量）等。5-5質(zhì)量流量進(jìn)口邊界條件給定進(jìn)口的質(zhì)量流量。局部進(jìn)口總壓是變化的，用以調(diào)節(jié)速度，從而達(dá)到給定的流量。這使得計(jì)算的收斂速度變慢。所以，如果壓力邊界條件和質(zhì)量邊界條件都適合流動(dòng)時(shí)，優(yōu)先選擇用壓力進(jìn)口條件。對(duì)于不可壓速流動(dòng)，由于密度是常數(shù)，可以選擇用速度進(jìn)口邊界條件。質(zhì)量進(jìn)口條件包括兩種：質(zhì)量流率和質(zhì)量通量。質(zhì)量流率是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)進(jìn)口總面積的質(zhì)量。質(zhì)量通量是單位時(shí)間單位面積內(nèi)通過(guò)進(jìn)口的質(zhì)量。如果是二維軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，質(zhì)量流率是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)2n弧度的質(zhì)量，而質(zhì)量通量是通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)一弧度的質(zhì)量。56進(jìn)口通風(fēng)（InletVent）邊界條件給定進(jìn)

8、口損失系數(shù)，流動(dòng)方向和進(jìn)口環(huán)境壓力及溫度。對(duì)于進(jìn)口通風(fēng)模型，假定進(jìn)口風(fēng)扇無(wú)限薄，通風(fēng)壓降正比于流體動(dòng)壓頭和用戶(hù)提供的損失系數(shù)。假定P是流體密度，Kl是無(wú)量綱損失系數(shù)，則壓降為：1-2.p=Kl-:V532其中，v是與通風(fēng)方向垂直的速度分量。p是流動(dòng)方向上的壓降。57進(jìn)口風(fēng)扇邊界條件（inletfan）給定壓力階躍，流動(dòng)方向和環(huán)境（進(jìn)口）壓力和溫度。假定進(jìn)口風(fēng)扇無(wú)限薄，并且有不連續(xù)的壓力升高，壓力升高量是通過(guò)風(fēng)扇速度的函數(shù)。如果是反向流動(dòng)，風(fēng)扇可以看成是通風(fēng)出口，并且損失系數(shù)為1。壓力階躍可以是常數(shù)，或者是流動(dòng)方向垂直方向上速度分量的函數(shù)形式。58壓力出口邊界條件給定出口的靜壓（表壓）。該邊界條

9、件只能用于模擬亞音速流動(dòng)。如果當(dāng)?shù)厮俣纫呀?jīng)超過(guò)音速，則該壓力在計(jì)算過(guò)程中就不采用了。壓力根據(jù)內(nèi)部流動(dòng)計(jì)算結(jié)果給定。其它量都是根據(jù)內(nèi)部流動(dòng)外推出邊界條件。該邊界條件可以處理出口有回流問(wèn)題，合理的給定出口回流條件，有利于解決有回流出口問(wèn)題的收斂困難問(wèn)題。出口回流條件需要給定：回流總溫（如果有能量方程），湍流參數(shù)（湍流計(jì)算），回流組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（有限速率模型模擬組分輸運(yùn)），混合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其方差（PDF計(jì)算燃燒）。如果有回流出現(xiàn)，給的表壓將視為總壓，所以不必給出回流壓力。回流流動(dòng)方向與出口邊界垂直。在出口壓力邊界條件給定中，需要給定出口靜壓（表壓）。當(dāng)然，該壓力只用于亞音速計(jì)算。如果局部變成超音速，則

10、根據(jù)前面來(lái)流條件外推出口邊界條件。需要特別指出的是，這里的壓力是相對(duì)于前面給定的工作壓力。FLUENT給出了徑向平衡出口邊界條件供大家選擇（適用于三維和軸對(duì)稱(chēng)有旋流動(dòng)）。這時(shí)候，只有在半徑很小的區(qū)域使用給定的靜壓邊界條件，其它地方，假定徑向速度可以忽略而計(jì)算得到，壓力梯度為:包=fv也即使是周向旋轉(zhuǎn)速度為零，該邊界條件也可以用。二rr5-9壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件如果知道自由流的靜壓和馬赫數(shù)，F(xiàn)LUENT提供了的壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件來(lái)模擬該類(lèi)問(wèn)題。該邊界條如有幫助，歡迎下載支持。件只適合用理想氣體定律計(jì)算密度的問(wèn)題，而不能用于其它問(wèn)題。為了滿(mǎn)足壓力遠(yuǎn)場(chǎng)條件，需要把邊界放到我們關(guān)心區(qū)域足夠遠(yuǎn)的地方。給定邊界

11、靜壓和溫度及馬赫數(shù)?？梢允莵喴羲伲缫羲倩蛘叱羲?。并且需要給定流動(dòng)方向，如果有需要還必須給定湍流量等等參數(shù)。壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件是一種不反射邊界條件。對(duì)于流動(dòng)為亞音速流動(dòng)問(wèn)題，對(duì)于來(lái)波和流出波，有兩個(gè)Riemann不變量。2c.-R-Vn54-12GRi=Vni-5-5ini.1n下標(biāo)速度表示垂至于邊界的速度大小，c是當(dāng)?shù)匾羲?，不是理想氣體的比熱比，如表示邊界，i表示內(nèi)部區(qū)域。根據(jù)兩個(gè)不變量，我們可以得到：、，1-Vn=（RiR）5-62-1_-、c=（Ri-RJ5-74"5-10自由流出邊界條件如果我們?cè)谇蠼鈫?wèn)題前，不能知道流出口的壓力或者速度，這時(shí)候可以選擇流出邊界條件。這類(lèi)邊界條

12、件的特點(diǎn)是不需要給定出口條件（除非是計(jì)算分離質(zhì)量流，輻射換熱或者包括顆粒稀疏相問(wèn)題）。出口條件都是通過(guò)FLUENT內(nèi)部計(jì)算得到。但并不是所有問(wèn)題都適合，如下列情況，就不能用流出邊界條件：1,包含壓力進(jìn)口條件2,可壓速流動(dòng)問(wèn)題3,有密度變化的非穩(wěn)定流動(dòng)問(wèn)題（即使是不可壓速流動(dòng)）用流出邊界條件時(shí)，所有變量在出口處擴(kuò)散通量為零。即出口平面從前面的結(jié)果計(jì)算得到，并且對(duì)上outflow condition closely obeyed游沒(méi)有影響。計(jì)算時(shí)，如果出口截面通道大小沒(méi)有變化，采用完全發(fā)展流動(dòng)假設(shè)（流動(dòng)速度（溫度等）分布在流動(dòng)方向上不變化。當(dāng)然，在徑向允許有梯度存在，只是假定在垂直出口面方向上擴(kuò)散

13、通量為零。5-11出口通風(fēng)邊界條件出口通風(fēng)邊界條件用于模擬出口通風(fēng)情況，并給定一個(gè)損失系數(shù)和環(huán)境（出口）壓力和溫度。出口通風(fēng)邊界條件需要給定如下參數(shù)：靜壓，回流條件，輻射參數(shù)，離散相邊界條件，損失系數(shù)。壓力損失ip=KL125825-12排氣扇邊界條件排氣扇邊界條件用于模擬外部排氣扇，給定一個(gè)壓升和環(huán)境壓力。假定排氣扇無(wú)限薄，并且流體通過(guò)排氣扇的壓升是流體速度的函數(shù)。5-13固壁邊界條件對(duì)于粘性流動(dòng)問(wèn)題，F(xiàn)LUENT默認(rèn)設(shè)置是壁面無(wú)滑移條件，但你也可以指定壁面切向速度分量(壁面平移或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí))，也可以給出壁面切應(yīng)力從而模擬壁面滑移。根據(jù)當(dāng)?shù)亓鲃?dòng)情況，可以計(jì)算壁面切應(yīng)力和與流體換熱情況。壁面

14、熱邊界條件包括固定熱通量，固定溫度，對(duì)流換熱系數(shù)，外部輻射換熱，外部輻射換熱與對(duì)流換熱等。固壁條件下?lián)Q熱計(jì)算邊界條件：如果給定壁面溫度，則壁面向流體換熱量為：q"=hf(Tw-Tf)+q：d59對(duì)流換熱系數(shù)是根據(jù)當(dāng)?shù)亓鲌?chǎng)計(jì)算得到(湍流水平，溫度和速度曲線)。向固體壁面里面?zhèn)鳠岱匠虨椋?sq =(Tw -Ts)qradn如果給定熱通量，則更具流體換熱和固體換熱計(jì)算出的壁面溫度分別為:TwTwq -qradT 1 f hf(q qrad) mKsTs如果是對(duì)流換熱邊界條件(給定對(duì)流換熱系數(shù)hext),則:q =hf(Tw -Tf) qrad = hext(Text -Tw)5-105-1

15、15 12513如果是輻射換熱邊界條件，給定輻射系數(shù)Sext,則q=hf(Tw-Tf)q.=/二('-T：)514如果同時(shí)考慮對(duì)流和輻射，則：q“=hf(TwTf)+q；d=幾義義Tw)+%產(chǎn)(T4T：)515.二T流體側(cè)的換熱系數(shù)根據(jù)如下公式計(jì)算：q=kf±T|wall516cn5-14對(duì)稱(chēng)邊界條件對(duì)稱(chēng)邊界條件應(yīng)用于計(jì)算的物理區(qū)域，或者流動(dòng)及傳熱場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的情況。在對(duì)稱(chēng)軸或者對(duì)稱(chēng)平面上，沒(méi)有對(duì)流通量，因此垂直于對(duì)稱(chēng)軸或者對(duì)稱(chēng)平面的速度分量為零。在對(duì)稱(chēng)軸或者對(duì)稱(chēng)平面上，沒(méi)有擴(kuò)散通量，即垂直方向上的梯度為零。因此在對(duì)稱(chēng)邊界上，垂直邊界的速度分量為零，任何量的梯度為零。計(jì)算中不需要給定任何參數(shù)，只需要確定合理的對(duì)稱(chēng)位置。該邊界條件可以用于粘性流中運(yùn)動(dòng)邊界處理。symmetry planes5-15周期性邊界條件p = 0：4 tangential inlets