ansys cfx11流體動力學(xué)培訓(xùn)手冊bc

1、Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.CFX 11.0ANSYS, Inc. ProprietaryInventory #0024454-1CFX前處理邊界條件講座 4Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-2CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件類型 在所有需要進行模擬計算區(qū)域的外表面上，都需要設(shè)置邊界條件 (限制所需模擬的問題) 對計算流體而言，只有 5 種基本的邊界條

2、件入口入口自由流出口自由流出口出口出口壁面壁面對稱面對稱面Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-3CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary如前所示.如何創(chuàng)建一個邊界條件Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-4CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary定義一個邊界條件基本設(shè)置 邊界類型 入口, 出口, 開口, 壁面,對稱面 位

3、置 在下拉菜單中選擇區(qū)域的部件或是從所有的2D構(gòu)件中點選 坐標系 如果存在多個坐標系，請選擇正確的一個 坐標系類型 只有存在旋轉(zhuǎn)坐標系的時候，才會被激活. 允許用戶根據(jù)旋轉(zhuǎn)或是靜止（絕對）坐標系設(shè)置數(shù)值. 剖面邊界條件 在下幾章中進行討論Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-5CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary入口速度分量-靜溫 (熱傳導(dǎo))法向速度-總溫 (熱傳導(dǎo))質(zhì)量流-總焓(熱傳導(dǎo))總壓 (穩(wěn)定的)-相對靜壓 (超聲速)靜壓-入口湍流特性出口平均靜

4、壓-法向速度速度分量-質(zhì)量流 靜壓開口 壓力和方向-溫度 (熱傳導(dǎo))壓力 (Entrainment)-靜溫 (熱傳導(dǎo))靜壓和方向-來流湍流情況靜壓 (Entrainment)速度分量壁面無滑移 / 滑移-絕熱 (熱傳導(dǎo))粗糙度-固定溫度 (熱傳導(dǎo))熱流 (熱傳導(dǎo))-熱傳導(dǎo)系數(shù) (熱傳導(dǎo))對稱面無細節(jié)設(shè)置 (只有被指定的區(qū)域才能相對于一個面進行對稱) 定義邊界條件邊界條件細節(jié)Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-6CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條

5、件合理設(shè)置邊界條件! 邊界條件的設(shè)置對收斂性和結(jié)果的準確性有非常大的影響Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-7CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件合理設(shè)置邊界條件來流 (入口)法向速度50 m/s流出 (出口) 靜壓 0 PaMass flowMass flow 來流 (入口) 法向速度50 m/s流出(開口) 平均壓力 0 Pa 實例 1Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights rese

6、rved.Inventory #0024454-8CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件合理設(shè)置邊界條件Mass flow divergesOutletMass flowFast convergence of mass flow restart來流 (入口)法向速度25 m/s 流出 (出口) 靜壓來流 (入口)靜壓流出(開口) 靜壓 Example 2Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-9CFX 11.0ANSYS, Inc. Propriet

7、ary邊界條件合理設(shè)置邊界條件 對于一個求解問題來講，邊界條件不要過約束也不要欠約束 過約束 沒有給求解器足夠的自由空間來達到正確的解 收斂困難 欠約束 沒有給求解器足夠的信息開始計算 沒有物理結(jié)果Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-10CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件合理設(shè)置邊界條件 實例控制方程1) 質(zhì)量守恒2) X方向動量守恒5 m/s10 m/sxVersion 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All r

8、ights reserved.Inventory #0024454-11CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件合理設(shè)置邊界條件 實例情況1: 不可壓縮流體1) 質(zhì)量守恒 不可能 求解發(fā)散2) X方向動量守恒5 m/s10 m/sxVersion 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-12CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件合理設(shè)置邊界條件 實例情況2: 可壓縮流體1) 質(zhì)量守恒 過度約束2) X方向動量守恒 約束不足5 m/s10

9、 m/sxVersion 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-13CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件合理設(shè)置邊界條件 實例情況3: 最合理的設(shè)置1) 質(zhì)量守恒 好的邊界條件定義2) X方向動量守恒 好的邊界條件定義or5 kg/sPstatic = 150 kPa5 m/sxVersion 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-14CFX 11.0ANSYS,

10、 Inc. Proprietary邊界條件合理設(shè)置邊界條件 我們推薦 最穩(wěn)健的設(shè)置最穩(wěn)健的設(shè)置: 入口邊界設(shè)置為速度/質(zhì)量流; 出口邊界設(shè)置為靜壓. 入口的總壓是模擬結(jié)果中隱含的結(jié)果. 穩(wěn)健的設(shè)置穩(wěn)健的設(shè)置:入口邊界設(shè)置為總壓;出口邊界設(shè)置為速度/質(zhì)量流. 出口處的靜壓和入口處的速度是結(jié)果的一部分. 對初始條件敏感的設(shè)置：對初始條件敏感的設(shè)置：:入口邊界設(shè)置為總壓;出口邊界設(shè)置為靜壓. 系統(tǒng)的質(zhì)量流是結(jié)果的一部分 非常不可靠的設(shè)置非常不可靠的設(shè)置:入口邊界設(shè)置為靜壓;出口邊界設(shè)置為靜壓. 這個設(shè)置組合是不推薦的, 應(yīng)為入口的總壓和質(zhì)量流在結(jié)構(gòu)預(yù)測中都是隱含的 (這種邊界條件的組合對于系統(tǒng)約束來

11、說，是非常脆弱的).Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-15CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件合理設(shè)置邊界條件 從數(shù)值計算的角度來說, 延伸入口和出口的位置通常上來講是非常有用的Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-16CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件合理設(shè)置邊界條件 從數(shù)值計算的角度來說,

12、 延伸入口和出口的位置通常上來講是非常有用的Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-17CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件合理設(shè)置邊界條件 從數(shù)值計算的角度來說, 延伸入口和出口的位置通常上來講是非常有用的Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-18CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary小心使用; 對稱的幾何不

13、一定意味著對稱的流動實例:柯恩達效應(yīng). 在一個對稱管中的射流，當雷諾數(shù)大于一定的數(shù)量時，流動將沿著其中的一側(cè)進行. Symmetry Plane邊界條件合理設(shè)置邊界條件No Symmetry PlaneVersion 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-19CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary邊界條件關(guān)鍵點 設(shè)置合理的邊界條件，不要過度約束 選擇合理的計算域，使得最精確的邊界條件得以施加Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All

14、 rights reserved.CFX 11.0ANSYS, Inc. ProprietaryInventory #0024454-20邊界條件理論Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-21CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary入口湍流狀態(tài) 除非湍流被模擬，通常上湍流是通過模擬湍流傳輸特性，例如k 和 ，來進行解決的(講座3 計算域 理論) 與質(zhì)量和動量相似，湍流變量需要指定的邊界條件Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, In

15、c. All rights reserved.Inventory #0024454-22CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary入口湍流狀態(tài) 在入口處的湍流度可以通過多種選項來指定 (細節(jié)請見下頁) 除非你對你要模擬的情況中的湍流等級一點都不了解 (在這種情況下，你可以使用中等 (Intensity = 5%) 選項), 你應(yīng)該精心的去選擇湍流強度和特征尺度 通常上來講，湍流強度的范圍是從1% 到 5% ，但是這取決于你要模擬問題的具體情況 系統(tǒng)默認的湍流強度值是0.037 (即 3.7%) ，它對模擬一個進入圓形入口的湍流是足夠的了, 并且這是一個在實驗缺乏的條件下很好

16、的估值. Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-23CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary入口湍流狀態(tài)默認湍流強度和自動計算特征尺度默認湍流強度和自動計算特征尺度默認的湍流強度是 0.037 (3.7%) ，它和計算出的特征尺度一起使用估計入口的 k 和 值. 特征長度是考慮到湍流變化范圍之后計算出來的. 通常上講，自動計算出的特征長度是不適合外流計算所需的. 湍流強度和自動計算特征尺度湍流強度和自動計算特征尺度這個選項允許你去指定一個湍流強度但是特征尺度仍然需要自動計算. 湍流強度允許的范圍是被限制在0.1%-10.0% 的范圍內(nèi)，相應(yīng)的代表很低的湍流程度到很高的團里程度. 通常上講，自動計算出的特征長度是不適合外流計算所需的湍流強度和特征尺度湍流強度和特征尺度你可以直接指定湍流強度和特征尺度, 通過這兩個選項k 和 的值被計算出來. 低湍流強度低湍流強度 (Intensity = 1%) 這里定義了一個 1%