ansys cfx11流體動(dòng)力學(xué)培訓(xùn)手冊(cè)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(jìn)行模擬計(jì)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(duì)計(jì)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(duì)稱面對(duì)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(gè)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(gè)邊界條件基本設(shè)置 邊界類型 入口, 出口, 開口, 壁面,對(duì)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(diǎn)選 坐標(biāo)系 如果存在多個(gè)坐標(biāo)系，請(qǐng)選擇正確的一個(gè) 坐標(biāo)系類型 只有存在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的時(shí)候，才會(huì)被激活. 允許用戶根據(jù)旋轉(zhuǎn)或是靜止（絕對(duì)）坐標(biāo)系設(shè)置數(shù)值. 剖面邊界條件 在下幾章中進(jìn)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(duì)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(duì)稱面無細(xì)節(jié)設(shè)置 (只有被指定的區(qū)域才能相對(duì)于一個(gè)面進(jìn)行對(duì)稱) 定義邊界條件邊界條件細(xì)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(duì)收斂性和結(jié)果的準(zhǔn)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(shí)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(duì)于一個(gè)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(dá)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(jì)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(shí)例控制方程1) 質(zhì)量守恒2) X方向動(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)例情況2: 可壓縮流體1) 質(zhì)量守恒 過度約束2) X方向動(dòng)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(shí)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(dòng)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(duì)初始條件敏感的設(shè)置：對(duì)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(gè)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(cè)中都是隱含的 (這種邊界條件的組合對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)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(duì)稱的幾何不

13、一定意味著對(duì)稱的流動(dòng)實(shí)例:柯恩達(dá)效應(yīng). 在一個(gè)對(duì)稱管中的射流，當(dāng)雷諾數(shù)大于一定的數(shù)量時(shí)，流動(dòng)將沿著其中的一側(cè)進(jìn)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(diǎn) 設(shè)置合理的邊界條件，不要過度約束 選擇合理的計(jì)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(jìn)行解決的(講座3 計(jì)算域 理論) 與質(zhì)量和動(dòng)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(xiàng)來指定 (細(xì)節(jié)請(qǐng)見下頁) 除非你對(duì)你要模擬的情況中的湍流等級(jí)一點(diǎn)都不了解 (在這種情況下，你可以使用中等 (Intensity = 5%) 選項(xiàng)), 你應(yīng)該精心的去選擇湍流強(qiáng)度和特征尺度 通常上來講，湍流強(qiáng)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(rèn)的湍流強(qiáng)度值是0.037 (即 3.7%) ，它對(duì)模擬一個(gè)進(jìn)入圓形入口的湍流是足夠的了, 并且這是一個(gè)在實(shí)驗(yàn)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(rèn)湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度默認(rèn)湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度默認(rèn)的湍流強(qiáng)度是 0.037 (3.7%) ，它和計(jì)算出的特征尺度一起使用估計(jì)入口的 k 和 值. 特征長度是考慮到湍流變化范圍之后計(jì)算出來的. 通常上講，自動(dòng)計(jì)算出的特征長度是不適合外流計(jì)算所需的. 湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度湍流強(qiáng)度和自動(dòng)計(jì)算特征尺度這個(gè)選項(xiàng)允許你去指定一個(gè)湍流強(qiáng)度但是特征尺度仍然需要自動(dòng)計(jì)算. 湍流強(qiáng)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(tuán)里程度. 通常上講，自動(dòng)計(jì)算出的特征長度是不適合外流計(jì)算所需的湍流強(qiáng)度和特征尺度湍流強(qiáng)度和特征尺度你可以直接指定湍流強(qiáng)度和特征尺度, 通過這兩個(gè)選項(xiàng)k 和 的值被計(jì)算出來. 低湍流強(qiáng)度低湍流強(qiáng)度 (Intensity = 1%) 這里定義了一個(gè) 1%