fluent_边界条件ppt课件

1、 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. Proprietary 边界条件边界条件Introductory 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u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:u定义边界类型比如：入口、壁面、对称面）u提供边界

2、信息u物理模型和边界类型不同，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u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u尽可能选择流体进入或出去的地方作为边界u不是必须的，但是会更利于解的收敛u在垂直于边界方向上不应该有大的梯度u减少边界附近网格扭曲度u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 ANSY

3、S, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008可用边界类型u外部面u常规压力入口，压力出口u不可压速度入口，出口u可压质量流入口，压力远场，质量流出口u其它壁面，对称面，轴，周期u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u流体u固体u多孔介质u热交换器u内在面u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

4、.ANSYS, 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u在“区域菜单中选择区域名u也可以在图形区域中用右键选择边界区域u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

5、据u给特定域设置边界条件u在Zone菜单中选择域名u按Set键u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u/file/write-bcu/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u大小，与边界方向垂直u分量u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u静压波动以满足给定的速度分布u

6、流体的总参数也是变化的u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”u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u总压u总温u流动方向u静压u可压、不可压流22statictotalVPPIncompressible flows:Compressible flows:12absolutestaticabsolutetotalM211kkkPP2s

7、tatictotalM211kTT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u质量流率或者质量通量u质量流率意味着均匀流动u质量通量能够用分布或者UDF来定义u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u静压u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u总压随着质量流的变化而变化u比压力入口难收敛，优先选择压力入口压力出口4-10 2006 AN

8、SYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008压力出口u必需的信息u静压u回流u可能发生在迭代过程中或者最终结果u回流方向u对可压和不可压都适合u如果流动是超音速，出口处压力可以忽略u在外部或者自由流动计算中可以用来作为“自在边境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

9、力或者速度信息u出口数据由内部外推得到u对上游没有影响u对所有流动变量，法向扩散为零u适用于完全发展出口流动u用于不可压流u不能和压力入口同时使用必须和速度入口同时使用）u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u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 边境uPressure outle

10、tsuOutflow:u质量流率分数由Flow Rate Weighting决定uFRW 默认设置为1 (暗示等于 flow rates)uStatic 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 (

11、FRW1)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u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u只有在密度符合理想气体规律情况下可以使用只有在密度符合理想气体规律情况下可以使用u区域足够大区域足够大uExhaust Fan出口风扇出口风扇u模拟外部排气扇，给定一个压升和

12、环境压力模拟外部排气扇，给定一个压升和环境压力u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u用指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用指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风扇或者排风口uIntake Fan /气风扇气风扇u给定压力阶跃，流动方向和环境压力温度给定压力阶跃，流动方向和环境压力温度u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函数uIn

13、let Vent 进风口进风口u给定进口损失系数，流动方向和进口环境压力及温度。给定进口损失系数，流动方向和进口环境压力及温度。u通风压降正比于流体动压头和损失系数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u切向流速等于壁面的速度u所有法向速度为零u可以指定剪应力u热边界条件u几个可用类型u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

14、粗糙度将会在湍流中定义u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u用来降低计算量u不需要输入参数u流场和几何结构必须对称u在对称平面上法向速度为零u所有法向变量的梯度为零u必须小心正确地定义对称边界位置uAxis Boundary轴边界u用于轴对称问题的中心线u不需要输入u必须与x轴正向相符合a

15、xissymmetry 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uP = 0 通过周期平面.u旋转轴必须在流场区域中定义u平移型周期uP 在周期平面上是有限的.u模型符合完全发展的条件u定义每个周期的平均P 或者净质量流率u在GAMBIT中周期性边界定义是平移的Translationa

16、lly 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u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可以定义源项u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

17、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u在流体面板上激活Porous Zone 选项u流动中的压力损失通过用户输入阻力系数来确定u例如uPacked beds 河床uFilter papers 滤纸uPerforated plates 多孔板uFlow distributors 流量分配器uTube banks 管束单元区域固体4-19 200

18、6 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u不满足任何流动方程u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u内部面的厚度为零u这些内部面提供了改变流动属性