1、,邊界條件的設(shè)定,邊界條件Why and What,為了獲得物理問(wèn)題（各種微分方程）的唯一解，必須對(duì)計(jì)算域邊界設(shè)定各種參數(shù)值. 如各種通量（熱通量、質(zhì)量通量）、運(yùn)動(dòng)狀況等. 邊界條件內(nèi)容: 定義邊界條件的位置信息 (如進(jìn)口、固體壁面、對(duì)稱(chēng)位置面) 確定邊界上的各種參數(shù)信息 邊界條件的具體內(nèi)容和計(jì)算中采用的物理模型、邊界條件的類(lèi)型密切相關(guān). 必須仔細(xì)確定邊界條件的參數(shù) 直接影響了求解過(guò)程和所得到的結(jié)果.,邊界條件,邊界條件的作用 設(shè)置邊界條件 流場(chǎng)的入口和出口 壁面、重復(fù)周期邊界條件 內(nèi)部單元區(qū)域 內(nèi)部單元邊界,邊界條件的作用,邊界條件 邊界條件指引并限制流體運(yùn)動(dòng)。 邊界條件是數(shù)學(xué)模型中必需的部

2、分。 指定進(jìn)入計(jì)算區(qū)域的通量： 質(zhì)量 動(dòng)量 能量 邊界條件被分配到區(qū)域內(nèi) 區(qū)域是單元（流體或固體）或單元邊界（流場(chǎng)邊界或內(nèi)部面）的集合。 內(nèi)部面主要用于后處理。 內(nèi)部面與區(qū)域相聯(lián)系： 內(nèi)部的面可以從單元邊界自動(dòng)產(chǎn)生。 內(nèi)部面只與流體區(qū)域有個(gè)而與固體區(qū)域無(wú)關(guān)。,湍流中的K.E. 湍流中的耗散率 組分質(zhì)量分?jǐn)?shù),邊界的種類(lèi),axis 軸邊界 exhaust-fan 排氣扇面 inlet-vent 排氣口 intake-fan 入口扇面 interface 界面 mass-flow-inlet 質(zhì)量入口 outflow 流出 outlet-vent 出口 pressure-fat-field 壓力遠(yuǎn)場(chǎng)

3、 pressure-inlet 壓力入口 pressure-outlet 壓力出口 symmetry 對(duì)稱(chēng) velocity-inlet 速度入口 wall 壁面,基本的邊界類(lèi)型,外部面 一般: Pressure inlet, Pressure outlet 不可壓: Velocity inlet, Outflow 可壓: Mass flow inlet, Pressure far-field 特殊: Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan 其它: Wall, Symmetry, Periodic, Axis 單元、區(qū)域 Fluid a

4、nd Solid 相交面 Fan, Interior, Porous Jump, Radiator, Walls,inlet,outlet,wall,interior,Orifice_plate and orifice_plate-shadow,邊界條件定義,速度入口 流動(dòng)入口邊界的速度和標(biāo)量。 壓力入口 流動(dòng)入口邊界的總壓和其它標(biāo)量。 質(zhì)量流動(dòng)入口 可壓流規(guī)定入口的質(zhì)量流速。 在不可壓流中不必指定入口的質(zhì)量流，因?yàn)楫?dāng)密度是常數(shù)時(shí)，速度入口邊界條件就確定了質(zhì)量流條件。 壓力出口 流動(dòng)出口的靜壓（在回流中還包括 其它的標(biāo)量）。 當(dāng)出現(xiàn)回流時(shí)，使用壓力出口邊界條件來(lái)代替質(zhì)量出 口條件常常有更好的收

5、斂速度。 壓力遠(yuǎn)場(chǎng) 模擬無(wú)窮遠(yuǎn)處的自由可壓流動(dòng)，該流 動(dòng)的自由流馬赫數(shù)以及靜態(tài)條件已經(jīng) 指定了。這一邊界類(lèi)型只用于可壓 流。,邊界條件定義,質(zhì)量出口 假定除了壓力之外的所有流動(dòng)變量正法 向梯度為零。模擬的流動(dòng)出口的流速和 壓力未知。適合于出口完全發(fā)展。不適 合于可壓流計(jì)算。 進(jìn)風(fēng)口 模擬具有指定的損失系數(shù)，流動(dòng)方向以 及周?chē)ㄈ肟冢┉h(huán)境總壓和總溫的進(jìn)風(fēng)口。 進(jìn)氣扇邊界 模擬外部進(jìn)氣扇，它具有指定的壓力跳躍， 流動(dòng)方向以及周?chē)ㄟM(jìn)口）總壓和總溫。 通風(fēng)口 模擬通風(fēng)口，它具有指定的損失系數(shù)以及周 圍環(huán)境（排放處）的靜壓和靜溫。 排氣扇邊界 模擬外部排氣扇，它具有指定的壓力跳躍以 及周?chē)h(huán)境（排放處

6、）的靜壓。,基本流程,Gambit,Boundary Type,Fluid Type,Fluent,Solver,Select Boundary,Set Parameters,邊界條件的定義Solver,選擇求解器 正對(duì)求解器選擇不同的邊界條件定義器,邊界條件的定義Specify Type,選擇邊界對(duì)應(yīng)的幾何體 默認(rèn)值：面 選擇邊界的類(lèi)型. 鼠標(biāo)直接選取. 對(duì)定義好的邊界可以再操作 更改、刪除.,邊界條件的定義Specify Type,選擇邊界對(duì)應(yīng)的幾何體 默認(rèn)值：體 選擇邊界的類(lèi)型. 鼠標(biāo)直接選取. 對(duì)定義好的邊界可以再操作 更改、刪除.,邊界條件的定義Define,在Fluent中定義邊界

7、條件的具體值 各種邊界條件的參數(shù) 可以重新定義邊界類(lèi)型,重新定義邊界條件,一般邊界條件在預(yù)處理軟件中定義. 可以在Fluent中更改: Define Boundary Conditions. 選擇要更改的幾何體 從Type中選擇新的類(lèi)型.,給定邊界條件參數(shù),在 BC panels中直接賦值. 給選定的邊界設(shè)定: 從Zone菜單中選擇邊界. 點(diǎn)擊Set按鈕 利用Copy按鈕可以復(fù)制邊界條件. 邊界條件的內(nèi)容可以存盤(pán)， 也可以讀入. file write-bc and file read 利用 UDFs and Profiles可以 定義復(fù)雜的邊界條件,流場(chǎng)的入口和出口,對(duì)計(jì)算區(qū)域的流場(chǎng)入口和出口

8、可以選擇設(shè)置多種邊界條件。 一下列出流場(chǎng)入口和出口可以使用的邊界條件： 常用邊界條件 Pressure inlet Pressure outlet 不可壓流 Velocity inlet Outflow 可壓流 Mass flow inlet Pressure far-field 特殊情況 Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan,Velocity Inlet,定義類(lèi)型: Magnitude, Normal to Boundary Components Magnitude and Direction 默認(rèn)值為均勻流動(dòng) 適用于 incomp

9、ressible flows. Static pressure 相應(yīng)分布. Total pressure 同樣 用于 compressible flows 將有可能導(dǎo)致非物理解. 速度設(shè)定為負(fù)值時(shí)，可以用來(lái)表示出口. 但是必須要保證流量平衡.,壓力預(yù)處理,絕對(duì)壓力是相對(duì)于真空而言的。 絕對(duì)壓力可以用操作壓力和表壓來(lái) 表示。 靜壓是熱力學(xué)壓力。 用絕對(duì)壓力和表壓的形式表示。 邊界條件要求用表壓形式輸入。,壓力公式,總壓（滯止壓力）用下面公式定義： 1/2 v2為動(dòng)壓。 由理想氣體定律密度由下面公式計(jì)算： 不可壓流： 可壓流：,ptotal = pstatic + 1/2 v2,設(shè)置操作壓力（ O

10、perating Pressure）,對(duì)可壓流： 將設(shè)置操作壓力（ Operating Pressure）設(shè)為0。 將表壓作為絕對(duì)壓力處理。 對(duì)不可壓流，密度為常值時(shí)，操作壓力（ Operating Pressure）不起作用。 對(duì)不可壓流，使用理想氣體定律計(jì)算密度： 在菜單Define Materials中選擇incompressible-ideal-gas 。 將操作壓力（ Operating Pressure）設(shè)為問(wèn)題中壓力的平均值。,Pressure Inlet (1),參數(shù)確定: Total Gauge Pressure 驅(qū)使流體運(yùn)動(dòng)的能量. Static Gauge Pressur

11、e 超音速流動(dòng)時(shí)靜壓; 亞音速時(shí)忽略 從該邊界初始化時(shí)有用 Total Temperature 對(duì)于不可壓流作為靜溫. Inlet Flow Direction,Pressure Inlet (2),注意的是 Gauge pressure 必須給定. Operating pressure 定義: Define Operating Conditions 同時(shí)適用 compressible 和 incompressible flows. Fluent 計(jì)算時(shí)采用 static pressure and velocity 通過(guò)壓力面的通量由內(nèi)部條件和流動(dòng)方向決定.,Mass Flow Inlet,參

12、數(shù)確定: (a) Mass Flow Rate or (b) Mass Flux (a) 給定恒定的流量 (b) 利用 profiles/UDF定義 Static Gauge Pressure 超音速有效 該邊界初始化有效. Total Temperature 對(duì)于不可壓流動(dòng)為靜溫. Inlet Flow Direction 一般用于 compressible; 也可用于 incompressible flows. Total pressure 由輸入變量求得. 和 pressure inlet相比.收斂性差,Pressure Outlet,給定 static gauge pressure 作

13、為出口處的環(huán)境壓力. 可以定義徑向的壓力分布. Backflow 收斂過(guò)程出現(xiàn) 最終結(jié)果如此. 方向是垂直于邊界. 適用于 compressible 和 incompressible flows 在超音速條件下，忽略所給定的壓力值. 可以被用來(lái)模擬自由流.,Outflow,不需指定任何速度和壓力信息. 由內(nèi)部區(qū)域來(lái)傳遞信息. 邊界上保持流量平衡. 在Outflow面上所有參數(shù)梯度為零 近似于充分發(fā)展流 適用于 incompressible flows. 不能和 Pressure Inlet合用; 入口只能是 velocity inlet. 不能用來(lái)模擬密度隨時(shí)間變化的問(wèn)題. 當(dāng)存在回流時(shí)，很難

14、收斂 不能模擬最終結(jié)果存在回流的物理問(wèn)題.,其它的邊界條件,Pressure Far Field 模擬 ideal gas law下的流動(dòng). 通常給定 free-stream Mach number 和靜態(tài)參數(shù) . Exhaust Fan/Outlet Vent 給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù) Inlet Vent/Intake Fan 模擬風(fēng)扇運(yùn)動(dòng). 給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù),確定湍流參數(shù),在入口（ inlet ）、出口（outlet)、外場(chǎng)(far-field)有湍流時(shí)要求定義以下參數(shù)： 湍流動(dòng)能 k FLUENT中有四種方法指定湍流參數(shù)： 顯示給出 k、 給出湍流強(qiáng)

15、度和長(zhǎng)度尺度 給出湍流強(qiáng)度和粘性比 給出流體強(qiáng)度和水利直徑 湍流強(qiáng)度和長(zhǎng)度尺度取決于上游流場(chǎng)情況，例如： 渦輪的排氣 Intensity = 20 %Length scale = 1 - 10 % of blade span,湍流耗散率 ,通過(guò)孔板和篩孔的下游流場(chǎng) Intensity = 10 %Length scale = 孔篩的尺度 充分發(fā)展的管流 Intensity = 5 %Length scale = 水利直徑,確定湍流參數(shù),Wall Boundaries,速度：無(wú)滑移 切向速度和固壁面速度相等. 法向速度為零 可以定義壁面剪切力. 熱邊界: 幾種不同的條件 包括定義壁面厚度. 定義運(yùn)動(dòng)的壁面.,Symmetry and Axis Boundaries,Symmetry Boundary 簡(jiǎn)化計(jì)算量. 不需任何參數(shù). 計(jì)算域和幾何形狀必須對(duì)稱(chēng): 對(duì)稱(chēng)面上法向速度為零 所有的變量法向梯度為零 Axis Bound