fluent边界条课件

1、 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. ProprietaryIntroductory FLUENT Training4-2 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008定义边界条件u要定义一个能产生特定结果的问题，必须在边界区域上给出独立的（流体）变量信息l定义进入流动区域的质量流量、 动量、 能量、 等等u定义边界条件包括:l定义边界类型（比如：入口、壁面、对称面）l提供边界信息u物理模

2、型和边界类型不同，所需的数据类型也不同u必须知道边界上变量的值，或者进行合理的近似l边界条件定义不好会对结果产生重大影响基本原则4-3 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008基本原则u基本原则l尽可能选择流体进入或出去的地方作为边界n不是必须的，但是会更利于解的收敛l在垂直于边界方向上不应该有大的梯度l减少边界附近网格扭曲度n否则将在计算中过早引入误差21对上部压力边界进行修改，确定流体进入区域可用边界类型4-4 2006 ANSYS, Inc

3、. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008可用边界类型u外部面l常规压力入口，压力出口l不可压速度入口，出口l可压质量流入口，压力远场，质量流出口l其它壁面，对称面，轴，周期l特殊通风口入口，通风口出口，进气风扇，排气风扇u单元区域l流体l固体l多孔介质l热交换器u内在面l风扇，内部，散热器，壁面orificeplate plate-shadowoutletinletwall改变边界类型4-5 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS

4、, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008改变边界类型u区域和区域类型在前处理程序中已经初始化定义了u改变特定区域的区域类型l在“区域”菜单中选择区域名n也可以在图形区域中用右键选择边界区域l在“类型”菜单中选择新的区域类型DefineBoundary Conditions设置边界条件数据4-6 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008设置边界条件数据u在边界条件面板中设置数据l给特

5、定域设置边界条件n在Zone菜单中选择域名n按Set键l边界条件数据可以从一个区域复制到另一个u边界数据能够在一个使用TUI命令的文件中储存和重新得到/file/write-bc/file/read-bcu边界条件也可以由UDF和轮廓文件来定义速度入口4-7 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008速度入口u速度定义方法l大小，与边界方向垂直l分量l大小和矢量方向u速度分布默认是均一的u主要用于不可压流l静压波动以满足给定的速度分布l流体的总参数

6、也是变化的l对可压流使用速度入口可能导致非物理结果u能够定义负的速度用来作为“速度出口”l必须确保在多个入口的情况下质量守恒能够满足压力入口4-8 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008压力入口u参数l总压l总温l流动方向l静压u可压、不可压流22statictotalVPPIncompressible flows:Compressible flows:12absolutestaticabsolutetotalM211kkkPP2statict

7、otalM211kTT质量入口流动4-9 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008质量入口流动u必需的信息l质量流率或者质量通量n质量流率意味着均匀流动n质量通量能够用分布或者UDF来定义n对于二维轴对成问题，质量流率是单位时间通过2弧度的质量，质量通量是单位时间通过一弧度的质量l静压l总温u质量流动入口主要用于可压流；但是也可用于不可压流l总压随着质量流的变化而变化l比压力入口难收敛，优先选择压力入口压力出口4-10 2006 ANSYS, I

8、nc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008压力出口u必需的信息l静压l回流n可能发生在迭代过程中或者最终结果n回流方向u对可压和不可压都适合l如果流动是超音速，出口处压力可以忽略l在外部或者自由流动计算中可以用来作为“自由”边界u径向压力平衡选项出口流4-11 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008出口流u不需要压力或者速度

9、信息l出口数据由内部外推得到l对上游没有影响u对所有流动变量，法向扩散为零l适用于完全发展出口流动u用于不可压流l不能和压力入口同时使用（必须和速度入口同时使用）l不能用于有密度变化的非定常流动u当迭代时出现回流收敛速度较慢l预期最后结果会出现回流不能使用示范多种出口4-12 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008示范多种出口u多种出口的流动可以使用pressure outlet 或者 outflow 边界lPressure outletslO

10、utflow:n质量流率分数由Flow Rate Weighting决定s FRW 默认设置为1 (暗示等于 flow rates)nStatic pressure varies among exits to accommodate flow distribution. 静压在出口之间变化以适应流动分布velocity-inlet (V, T0)ORpressure-inlet (p0, T0)pressure-outlet (ps)2pressure-outlet (ps)1iiiimFRWFRWvelocity-inlet (V, T0)outflow (FRW2)outflow (FRW

11、1)其它入口/出口边界条件4-13 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008其它入口/出口边界条件uPressure Far Field 压力远场压力远场l用指定的静态条件和自由流的马赫数来定义无穷远处自由可压流l只有在密度符合理想气体规律情况下可以使用l区域足够大uExhaust Fan出口风扇出口风扇l模拟外部排气扇，给定一个压升和环境压力l假定排气扇无限薄，并且流体通过排气扇的压升是流体速度的函数uOutlet Vent 排风口排风口l用指

12、定的损失系数以及周围环境（排放处）压力与温度来定义一个出口风扇或者排风口uIntake Fan /气风扇气风扇l给定压力阶跃，流动方向和环境压力温度l假定进口风扇无限薄，且有不连续压升，压力升高量是通过风扇速度的函数uInlet Vent 进风口进风口l给定进口损失系数，流动方向和进口环境压力及温度。l通风压降正比于流体动压头和损失系数壁面4-14 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008壁面u用来分离流体和固体区域u在粘性流，无滑移条件下l切向

13、流速等于壁面的速度l所有法向速度为零l可以指定剪应力u热边界条件l几个可用类型l壁面材料和厚度可以定义（细节问题将在热传导那课详细讨论）u壁面粗糙度将会在湍流中定义l基于当地流场结果计算壁面切向应力和热传导u在壁面边界上可以指定平移和转动速度对称和轴边界4-15 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008对称和轴边界uSymmetry Boundary对称边界l用来降低计算量l不需要输入参数l流场和几何结构必须对称n在对称平面上法向速度为零n所有法

14、向变量的梯度为零n必须小心正确地定义对称边界位置uAxis Boundary轴边界l用于轴对称问题的中心线l不需要输入l必须与x轴正向相符合axissymmetry planes周期边界4-16 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008Rotationally periodic planes周期边界u用来减少网格总数u流场和几何结构必须包括旋转或者平移周期u转动型周期lP = 0 通过周期平面.l旋转轴必须在流场区域中定义u平移型周期lP 在周期

15、平面上是有限的.l模型符合完全发展的条件l定义每个周期的平均P 或者净质量流率l在GAMBIT中周期性边界定义是平移的Translationally periodic planes2D Tube Heat ExchangerFlow单元区域流体4-17 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008单元区域流体u一个流体单元区域是由一系列单元体组成，求解同样的方程u需要选择流体材料l对多组分或者多相流动来说，材料没有显示出来，流体区域由相混合而成。u可

16、以定义源项l质量，动量，能量，UDS，等等。u如果要模拟过渡流就将流体区域定义为laminar flow。u可以定义域为多孔介质u定义转动型周期流动的旋转轴u能够定义流体区域的运动多孔介质条件4-18 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008多孔介质条件u多孔区域是流体区域的特殊类型l在流体面板上激活Porous Zone 选项l流动中的压力损失通过用户输入阻力系数来确定u例如lPacked beds 河床lFilter papers 滤纸lPe

17、rforated plates 多孔板lFlow distributors 流量分配器lTube banks 管束单元区域固体4-19 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008单元区域固体u固体区域是由一组只能热传导的单元组成l不满足任何流动方程l在没有对流发生的情况下，流体可以假设为固体u只需要在材料（固体）面板中输入材料名称u输入选项可以设置体积生热率（热源）u如果旋转型周期边界与固体区域相邻的话需要定义旋转轴u可以定义固体区域的运动内部的面边界4-20 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008内部的面边界u只定义在单元面上l内部面的厚度为零l这些内部面提供了改变流动属性的方法u用来实现各种物