fluent_邊界條件ppt課件

1、 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件邊界條件Introductory FLUENT Training4-2 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008定義邊界條件u要定義一個(gè)能產(chǎn)生特定結(jié)果的問(wèn)題，必須在邊界區(qū)域上給出獨(dú)立的流體變量信息u定義進(jìn)入流動(dòng)區(qū)域的質(zhì)量流量、 動(dòng)量、 能量、 等等u定義邊界條件包括:u定義邊界類(lèi)型比如：入口、壁面、對(duì)稱面）u提供邊界

2、信息u物理模型和邊界類(lèi)型不同，所需的數(shù)據(jù)類(lèi)型也不同u必須知道邊界上變量的值，或者進(jìn)行合理的近似u邊界條件定義不好會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生重大影響基本原則4-3 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008基本原則u基本原則u盡可能選擇流體進(jìn)入或出去的地方作為邊界u不是必須的，但是會(huì)更利于解的收斂u在垂直于邊界方向上不應(yīng)該有大的梯度u減少邊界附近網(wǎng)格扭曲度u否則將在計(jì)算中過(guò)早引入誤差21對(duì)上部壓力邊界進(jìn)行修改，確定流體進(jìn)入?yún)^(qū)域可用邊界類(lèi)型4-4 2006 ANSY

3、S, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008可用邊界類(lèi)型u外部面u常規(guī)壓力入口，壓力出口u不可壓速度入口，出口u可壓質(zhì)量流入口，壓力遠(yuǎn)場(chǎng)，質(zhì)量流出口u其它壁面，對(duì)稱面，軸，周期u特殊通風(fēng)口入口，通風(fēng)口出口，進(jìn)氣風(fēng)扇，排氣風(fēng)扇u單元區(qū)域u流體u固體u多孔介質(zhì)u熱交換器u內(nèi)在面u風(fēng)扇，內(nèi)部，散熱器，壁面orificeplate plate-shadowoutletinletwall改變邊界類(lèi)型4-5 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved

4、.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008改變邊界類(lèi)型u區(qū)域和區(qū)域類(lèi)型在前處理程序中已經(jīng)初始化定義了u改變特定區(qū)域的區(qū)域類(lèi)型u在“區(qū)域菜單中選擇區(qū)域名u也可以在圖形區(qū)域中用右鍵選擇邊界區(qū)域u在“類(lèi)型菜單中選擇新的區(qū)域類(lèi)型DefineBoundary Conditions設(shè)置邊界條件數(shù)據(jù)4-6 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008設(shè)置邊界條件數(shù)據(jù)u在邊界條件面板中設(shè)置數(shù)

5、據(jù)u給特定域設(shè)置邊界條件u在Zone菜單中選擇域名u按Set鍵u邊界條件數(shù)據(jù)可以從一個(gè)區(qū)域復(fù)制到另一個(gè)u邊界數(shù)據(jù)能夠在一個(gè)使用TUI命令的文件中儲(chǔ)存和重新得到u/file/write-bcu/file/read-bcu邊界條件也可以由UDF和輪廓文件來(lái)定義速度入口4-7 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008速度入口u速度定義方法u大小，與邊界方向垂直u分量u大小和矢量方向u速度分布默認(rèn)是均一的u主要用于不可壓流u靜壓波動(dòng)以滿足給定的速度分布u

6、流體的總參數(shù)也是變化的u對(duì)可壓流使用速度入口可能導(dǎo)致非物理結(jié)果u能夠定義負(fù)的速度用來(lái)作為“速度出口”u必須確保在多個(gè)入口的情況下質(zhì)量守恒能夠滿足壓力入口4-8 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008壓力入口u參數(shù)u總壓u總溫u流動(dòng)方向u靜壓u可壓、不可壓流22statictotalVPPIncompressible flows:Compressible flows:12absolutestaticabsolutetotalM211kkkPP2s

7、tatictotalM211kTT質(zhì)量入口流動(dòng)4-9 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008質(zhì)量入口流動(dòng)u必需的信息u質(zhì)量流率或者質(zhì)量通量u質(zhì)量流率意味著均勻流動(dòng)u質(zhì)量通量能夠用分布或者UDF來(lái)定義u對(duì)于二維軸對(duì)成問(wèn)題，質(zhì)量流率是單位時(shí)間通過(guò)2弧度的質(zhì)量，質(zhì)量通量是單位時(shí)間通過(guò)一弧度的質(zhì)量u靜壓u總溫u質(zhì)量流動(dòng)入口主要用于可壓流；但是也可用于不可壓流u總壓隨著質(zhì)量流的變化而變化u比壓力入口難收斂，優(yōu)先選擇壓力入口壓力出口4-10 2006 AN

8、SYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008壓力出口u必需的信息u靜壓u回流u可能發(fā)生在迭代過(guò)程中或者最終結(jié)果u回流方向u對(duì)可壓和不可壓都適合u如果流動(dòng)是超音速，出口處壓力可以忽略u(píng)在外部或者自由流動(dòng)計(jì)算中可以用來(lái)作為“自在邊境u徑向壓力平衡選項(xiàng)出口流4-11 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008出口流u不需要壓

9、力或者速度信息u出口數(shù)據(jù)由內(nèi)部外推得到u對(duì)上游沒(méi)有影響u對(duì)所有流動(dòng)變量，法向擴(kuò)散為零u適用于完全發(fā)展出口流動(dòng)u用于不可壓流u不能和壓力入口同時(shí)使用必須和速度入口同時(shí)使用）u不能用于有密度變化的非定常流動(dòng)u當(dāng)?shù)鷷r(shí)出現(xiàn)回流收斂速度較慢u預(yù)期最后結(jié)果會(huì)出現(xiàn)回流不能使用示范多種出口4-12 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008示范多種出口u多種出口的流動(dòng)可以使用pressure outlet 或者 outflow 邊境uPressure outle

10、tsuOutflow:u質(zhì)量流率分?jǐn)?shù)由Flow Rate Weighting決定uFRW 默認(rèn)設(shè)置為1 (暗示等于 flow rates)uStatic pressure varies among exits to accommodate flow distribution. 靜壓在出口之間變化以適應(yīng)流動(dòng)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/出口邊界條件4-13 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008其它入口/出口邊界條件uPressure Far Field 壓力遠(yuǎn)場(chǎng)壓力遠(yuǎn)場(chǎng)u用指定的靜態(tài)條件和自由流的馬赫數(shù)來(lái)定義無(wú)窮遠(yuǎn)處自由可壓流用指定的靜態(tài)條件和自由流的馬赫數(shù)來(lái)定義無(wú)窮遠(yuǎn)處自由可壓流u只有在密度符合理想氣體規(guī)律情況下可以使用只有在密度符合理想氣體規(guī)律情況下可以使用u區(qū)域足夠大區(qū)域足夠大uExhaust Fan出口風(fēng)扇出口風(fēng)扇u模擬外部排氣扇，給定一個(gè)壓升和

12、環(huán)境壓力模擬外部排氣扇，給定一個(gè)壓升和環(huán)境壓力u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)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)uOutlet Vent 排風(fēng)口排風(fēng)口u用指定的損失系數(shù)以及周?chē)h(huán)境排放處壓力與溫度來(lái)定義一個(gè)出口用指定的損失系數(shù)以及周?chē)h(huán)境排放處壓力與溫度來(lái)定義一個(gè)出口風(fēng)扇或者排風(fēng)口風(fēng)扇或者排風(fēng)口uIntake Fan /氣風(fēng)扇氣風(fēng)扇u給定壓力階躍，流動(dòng)方向和環(huán)境壓力溫度給定壓力階躍，流動(dòng)方向和環(huán)境壓力溫度u假定進(jìn)口風(fēng)扇無(wú)限薄，且有不連續(xù)壓升，壓力升高量是通過(guò)風(fēng)扇速度的假定進(jìn)口風(fēng)扇無(wú)限薄，且有不連續(xù)壓升，壓力升高量是通過(guò)風(fēng)扇速度的函數(shù)函數(shù)uIn

13、let Vent 進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)口u給定進(jìn)口損失系數(shù)，流動(dòng)方向和進(jìn)口環(huán)境壓力及溫度。給定進(jìn)口損失系數(shù)，流動(dòng)方向和進(jìn)口環(huán)境壓力及溫度。u通風(fēng)壓降正比于流體動(dòng)壓頭和損失系數(shù)通風(fēng)壓降正比于流體動(dòng)壓頭和損失系數(shù)壁面4-14 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008壁面u用來(lái)分離流體和固體區(qū)域u在粘性流，無(wú)滑移條件下u切向流速等于壁面的速度u所有法向速度為零u可以指定剪應(yīng)力u熱邊界條件u幾個(gè)可用類(lèi)型u壁面材料和厚度可以定義細(xì)節(jié)問(wèn)題將在熱傳導(dǎo)那課詳細(xì)討論）u壁面

14、粗糙度將會(huì)在湍流中定義u基于當(dāng)?shù)亓鲌?chǎng)結(jié)果計(jì)算壁面切向應(yīng)力和熱傳導(dǎo)u在壁面邊界上可以指定平移和轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)稱和軸邊界4-15 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008對(duì)稱和軸邊界uSymmetry Boundary對(duì)稱邊界u用來(lái)降低計(jì)算量u不需要輸入?yún)?shù)u流場(chǎng)和幾何結(jié)構(gòu)必須對(duì)稱u在對(duì)稱平面上法向速度為零u所有法向變量的梯度為零u必須小心正確地定義對(duì)稱邊界位置uAxis Boundary軸邊界u用于軸對(duì)稱問(wèn)題的中心線u不需要輸入u必須與x軸正向相符合a

15、xissymmetry planes周期邊界4-16 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008Rotationally periodic planes周期邊界u用來(lái)減少網(wǎng)格總數(shù)u流場(chǎng)和幾何結(jié)構(gòu)必須包括旋轉(zhuǎn)或者平移周期u轉(zhuǎn)動(dòng)型周期uP = 0 通過(guò)周期平面.u旋轉(zhuǎn)軸必須在流場(chǎng)區(qū)域中定義u平移型周期uP 在周期平面上是有限的.u模型符合完全發(fā)展的條件u定義每個(gè)周期的平均P 或者凈質(zhì)量流率u在GAMBIT中周期性邊界定義是平移的Translationa

16、lly periodic planes2D Tube Heat ExchangerFlow單元區(qū)域流體4-17 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008單元區(qū)域流體u一個(gè)流體單元區(qū)域是由一系列單元體組成，求解同樣的方程u需要選擇流體材料u對(duì)多組分或者多相流動(dòng)來(lái)說(shuō)，材料沒(méi)有顯示出來(lái)，流體區(qū)域由相混合而成。u可以定義源項(xiàng)u質(zhì)量，動(dòng)量，能量，UDS，等等。u如果要模擬過(guò)渡流就將流體區(qū)域定義為laminar flow。u可以定義域?yàn)槎嗫捉橘|(zhì)u定義轉(zhuǎn)動(dòng)型周

17、期流動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸u能夠定義流體區(qū)域的運(yùn)動(dòng)多孔介質(zhì)條件4-18 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008多孔介質(zhì)條件u多孔區(qū)域是流體區(qū)域的特殊類(lèi)型u在流體面板上激活Porous Zone 選項(xiàng)u流動(dòng)中的壓力損失通過(guò)用戶輸入阻力系數(shù)來(lái)確定u例如uPacked beds 河床uFilter papers 濾紙uPerforated plates 多孔板uFlow distributors 流量分配器uTube banks 管束單元區(qū)域固體4-19 200

18、6 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008單元區(qū)域固體u固體區(qū)域是由一組只能熱傳導(dǎo)的單元組成u不滿足任何流動(dòng)方程u在沒(méi)有對(duì)流發(fā)生的情況下，流體可以假設(shè)為固體u只需要在材料固體面板中輸入材料名稱u輸入選項(xiàng)可以設(shè)置體積生熱率熱源）u如果旋轉(zhuǎn)型周期邊界與固體區(qū)域相鄰的話需要定義旋轉(zhuǎn)軸u可以定義固體區(qū)域的運(yùn)動(dòng)內(nèi)部的面邊界4-20 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008內(nèi)部的面邊界u只定義在單元面上u內(nèi)部面的厚度為零u這些內(nèi)部面提供了改變流動(dòng)屬性