進出口邊界條件各種說法

1、.問：用了很長時間的fluent，但一直沒有把壓力出入口邊界條件弄明白。請大俠給予正確指導.有的文檔說亞聲速流下initial是0或者不填，而有的出版物則把total和initial設置成幾乎想等的值，或者差值為大氣壓，很困惑！比如說在一個噴射（亞聲速流）流場中，實際條件為噴嘴入口壓力40MPa，出口壓力20MPa，即流場內(nèi)圍壓20MPa，這時，在壓力入口邊界條件的總壓、初始表壓以及壓力出口的表壓分別應該設置多少？如果是超聲速流，又有什么區(qū)別？還有，operating condition下的operating pressure是否設置成0或者大氣壓有什么說法嗎？A：有的出版物則把total和i

2、nitial設置成幾乎想等的值。我在使用時一般也是采用這樣的方法，嚴格來講是有公式來計算的。但是這個值一般只是用于初始化，對結(jié)果影響不大，所以簡單來講就設置成和出口的一樣。這個值對流場的初始化有一定的影響，設置成0也不是不可以，但會增加迭代步數(shù)。對于噴射而言，建議lz將operating condition下的operating pressure設置為0 ，即是絕對壓力。二最近用Fluent做模擬的時候一直在使用壓力出口邊界，對其中出口溫度、組分濃度等值的設置不是很明白，就仔細看了下Fluent User Guide，對壓力出口邊界描述如下：Pressure outlet boundary c

3、onditions require the specification of a static (gauge) pressure at the outlet boundary.All other flow quantities are extrapolated from the interior。因此，壓力出口邊界可以這樣表述，即，給定出口壓力，對流動中的其他物理量均有流場內(nèi)部值差值得到。那邊界條件面板中設定的溫度（等）值有什么用呢？是出現(xiàn)回流時的回流值。三Fluent內(nèi)部計算采用的都是相對壓強。在DefineOperating Conditions中，所示的Operating Pressur

4、e是操作壓強。默認的操作壓強為一個大氣壓101325Pa.下面敘述一下筆者對采用Operating Pressure原因的理解。在計算低馬赫數(shù)的流動中，流體流速相對聲速較低，這樣在流動過程中產(chǎn)生的壓力降或者說壓力變化相對于流體的靜壓來講是很小的。因為在流動中有壓力相對變化 和馬赫數(shù)的平方在一個數(shù)量級。筆者通常這樣理解壓力變化的緣由：粘性力、體積力、電磁力等有些力是無法避免的，這些力在會改變流動流體的動量和能量。在流 動過程中，流體又遵循能量守恒和動量守恒。速度的變化還和當?shù)氐牧鲃咏孛嬗嘘P(guān)，因為流動還要求質(zhì)量守恒。速度和壓力是不可分割的。壓強的存在時刻使得能量和動量守恒。 筆者認為壓強的存在是一

5、種調(diào)配功能，它體現(xiàn)的是一個因變量的作用，用以平衡各項，使得流動遵守三大定律。但流動同時是耦合的，壓強的作用當然不僅僅是這 些。溫度的改變、速度梯度的變化還直接影響密度、粘性和粘性應力，這樣所有的力都和速度產(chǎn)生了關(guān)聯(lián)。力和能量是無法分割的，和動量更是有直接關(guān)系。再表前 題，壓力的相對變化和馬赫數(shù)的平方成正比，當Ma<<1時，P/PMa²<<1,這樣在求解方程的時候如果所有節(jié)點的壓力仍然采用P就會產(chǎn)生相當大的舍入誤差。因此Fluent特地在 Operating Conditions面板設置了Operating Pressure選項，如此在內(nèi)部的計算過程中，所有節(jié)點

6、的壓力將首先減去該值（默認為101325Pa）然后進行計算。熟悉控制方程的讀者都知道，壓力 在所有方程中都是以相對量或者變化量出現(xiàn)的，故此這樣處理并不是更改方程，而是在方程的兩端都減去了一個常數(shù)值，使得所解的壓力變化和在方程中的壓力值處 在一個數(shù)量級，這樣，在迭代的過程中舍入誤差將會大大減小。 當選用的計算流體為可壓縮流體（ideal gas等）時，會出現(xiàn)如下警示： Warning: Velocity inlet boundary conditions are not appropriate for compressible flow problems. Please ch

7、ange the boundary condition types used for this problem. 即速度入口的邊界條件不適用于可壓縮流體問題，如果忽略該警示而繼續(xù)計算，那么計算結(jié)果是沒有意義的。這是因為可壓縮流體的密度與壓力直接相關(guān)，速度入口無法準確提供入口工質(zhì)所處壓力，因此其密度不具備可信度，計算所得自然無意義。此時，可以采用將入口邊界設置為Pressure-inlet。 需要注意，在設置了Operating Pressure之后，一些邊界條件的設置面板上還會出現(xiàn) gauge pressure 選項，這其實是顧及了一些位置的壓力變化，因為有些入口或者邊界的

8、壓力可能并不是當初設定的Operating Pressure，工況千變?nèi)f化，F(xiàn)luent 為了減小自己本身的計算量和提高對實際情況的仿真程度，設定了這一選項。比如已經(jīng)設定了Operating Pressure 為101325 Pa，但由于某種原因你的壓力出口處壓力并非101325，而是201325，這個時候就需要設置gauge pressure為 201325 - 101325 = 100000. 界面上顯示的Supersonic（超音速的；超聲波的）/Initial Gauge Pressure指靜壓強?？赡鼙硎镜氖橇黧w靜止時總壓相對于操作壓強的值，靜壓Ps按可壓縮等熵流動關(guān)系式，

9、根據(jù)總壓Po、M數(shù)計算：Po/Ps=(1+(k-1)/2*M2)(k/(k-1)k為氣體絕熱指數(shù)。Gauge Total Pressure 指的是總壓。根據(jù)可壓縮流體的等熵過程可知，流體的運動將使得總壓加大，而且已經(jīng)有公式可以計算。計算所得的總壓減去操作壓強極為要設置的值。 對于操作密度（operating density）的設置，F(xiàn)luent 的幫助文檔中提到，如果并沒有使用波斯尼斯假設（Boussinesq approximation）而所求解的場又有重力和流動，那么推薦設定operating density。在默認情況下，fluent通過遍歷流體區(qū)域求得的密度的均值作為oper

10、ating density，是以在具有流動的算例中，即使不設定operating density，系統(tǒng)也會自行設定。而往往通過顯示地自定義操作密度會達到更好收斂效果。operating density在fluent中的調(diào)用過程如下：在動量方程或者能量方程中，壓力項重定義為 ：                           p=p-（operating density）*g*h筆者自己理解的是，fluent將重力中恒定的那一部分影響集成到了壓力梯度中，通過壓力修正方式解算出壓力場和速度場之后，再把壓力中減去的那部分重力影響加上。設定的操作密度就以流動區(qū)域的平均密度為準即可。設置的大小本質(zhì)上不影響求解的流場結(jié)果，但會影響壓力場。四FLUENT中存在很多種壓力，包括參考壓力Pre