FLUENT培訓教材03邊界條件

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培訓教材第三節(jié)：邊界條件安世亞太科技（北京）有限公司ANSYSFLUENT培訓教材安世亞太科技（北京）有限公1定義邊界條件要確定一個有唯一解的物理問題，必須指定邊界上的流場變量指定進入流體域的質量流量、動量、能量等定義邊界條件包括:確定邊界位置提供邊界上的信息邊界條件類型和所采用的物理模型決定了邊界上需要的數據你需要注意邊界上的流體變量應該是已知的或可以合理預估的不好的邊界條件對計算結果影響很大定義邊界條件要確定一個有唯一解的物理問題，必須指定邊界上的流2流體域流體域是一系列單元的集合，在其上求解所有激活的方程需要選擇流體材料對多組分或多相流，流體域包含這些相的混合物輸入的選擇項多孔介質域源項層流域固定值域輻射域流體域流體域是一系列單元的集合，在其上求解所有激活的方程3多孔介質多孔介質是一種特殊的流體域在Fluid面板中激活多孔介質域通過用戶輸入的集總阻力系數來確定流動方向的壓降用來模擬通過多孔介質的流動，或者流過其他均勻阻力的物體堆積床過濾紙多孔板流量分配器管束輸入各方向的粘性系數和慣性阻力系數多孔介質多孔介質是一種特殊的流體域4固體域固體域是一組只求解導熱問題而不求解流動方程的單元集合只需要輸入材料名稱選擇項允許輸入體積熱源如果臨近固體域的單元是旋轉周期邊界，需要指定旋轉軸可以定義固體域的運動固體域固體域是一組只求解導熱問題而不求解流動方程的單元集合5FuelAirCombustorWallManifoldbox1Nozzle確定邊界位置-例子在本例中，入口條件有三個可能的位置:進氣管的上游可以用均勻分布條件考慮混合效應非預混反應模型需要更多單元噴嘴進口平面非預混反應模型需要精確的入口分布流動仍然是非預混的3.噴嘴出口平面預混反應模型需要精確的分布由于進口邊界對流場的影響很大，不建議使用123FuelAirCombustorWallManifold6一般的建議如果可能，邊界的位置和形狀能保證流體或者進入流體域，或者流出流體域不是必須的，但這樣能更好的收斂垂直邊界的方向不應該有大的梯度不正確的設置減少近邊界的網格扭曲度否則在計算早期會帶來誤差21Upperpressureboundarymodifiedtoensurethatflowalwaysentersdomain.一般的建議如果可能，邊界的位置和形狀能保證流體或者進入流體域7邊界條件類型外部邊界通用PressureInletPressureOutlet不可壓縮流VelocityInletOutflow(不建議用)壓縮流MassFlowInletPressureFarField其他WallSymmetryAxisPeriodic特定Inlet/OutletVentIntake/ExhaustFan內部邊界FanInteriorPorousJumpRadiatorWall域FluidSolidPorousmediaorificeoutletinletplate

plate-shadowwall邊界條件類型外部邊界內部邊界orificeoutletinl8改變邊界條件類型域和域的類型在前處理階段定義要改變邊界條件類型：在Zone

列表中選擇域名。在Type下拉列表中選擇希望的類型改變邊界條件類型域和域的類型在前處理階段定義9設定邊界條件數據在BC面板中設置設定指定邊界的條件:在項目樹中選擇邊界條件在Zone列表中選擇邊界名稱點擊Edit邊界條件數據可以從一個面拷貝到其他面邊界條件也可以通過UDF和分布文件定義.分布文件這樣生成:從其他CFD模擬寫一個分布文件創(chuàng)建一個有格式的文本文件

設定邊界條件數據在BC面板中設置10速度進口指定速度速度大小，垂直入口方向分量大小和方向指定入口均勻速度分布。如用UDF或者分布文件，可以指定分布入口條件速度入口用于不可壓流動，不建議用于壓縮流速度大小可以是負值，意味著出口。速度進口指定速度11壓力進口壓力入口適用于壓縮和不可壓縮流壓力入口被處理為從滯止點到入口的無損失過渡FLUENT計算靜壓和入口的速度通過邊界的流量隨內部求解和指定的流動方向而改變需要的輸入表總壓超音速/初始表壓入口流動方向湍流量（如是湍流的話）總溫(如果有傳熱和/或壓縮）

Incompressible:Compressible:壓力進口壓力入口適用于壓縮和不可壓縮流Incompressi12流量入口流量入口是為可壓縮流設計的，但也可以用于不可壓流動調整總壓以適合流量入口比壓力入口更難收斂要求的信息質量流量或流率超音速/初始表壓如果當地為超音速，取靜壓，如果是亞音速，忽略此項。如果初場由此邊界設定的化，用于初場計算總溫（在Thermal面板）對不可壓縮流取靜溫指定方向流量入口流量入口是為可壓縮流設計的，但也可以用于不可壓流動13壓力出口適用于壓縮和不可壓流動如果流動在出口是超音速的，指定的壓力被忽略在外流或非封閉區(qū)域流動，作為自由邊界條件要求輸入表壓–流體流入環(huán)境的靜壓?；亓髁卡C當有回流發(fā)生時，起到進口的作用

對理想氣體（可壓縮）流動，可以使用無反射出口邊界條件

壓力出口適用于壓縮和不可壓流動14壁面邊界條件粘性流動中，壁面采用無滑移邊界條件可以指定剪切應力.熱邊界條件有幾種類型的熱邊界條件。對一維或薄殼導熱計算，可以指定壁面材料和厚度（細節(jié)會在傳熱課程介紹）。對湍流可以指定壁面粗糙度基于局部流場的壁面剪切應力和傳熱壁面可以設置平移或旋轉速度壁面邊界條件粘性流動中，壁面采用無滑移邊界條件15對稱面和軸對稱面不需要輸入流場和幾何都需要是對稱的:對稱面法向速度為零對稱面所有變量法向梯度為零必須仔細確定正確的對稱面位置軸軸對稱問題的中心線不需要輸入必須和X軸正向重合SymmetryPlanesAxis對稱面和軸對稱面SymmetryPlanesAxis16周期邊界條件用來減少全局網格量流場和幾何必須是旋轉周期對稱或平移周期對稱旋轉周期對稱通過周期面的ΔP=0在流體域中必須指定旋轉軸平移周期對稱通過周期面的ΔP必須有限模型是充分發(fā)展條件.指定每個周期的平均

ΔP或質量流量如果沒有在網格階段定義周期條件，可以在

FLUENTTUI中用下面命令指定

/mesh/modify-zones/make-periodicTranslationallyperiodicplanes2DTubeHeatExchangerFlowRotationally

periodic

planes周期邊界條件用來減少全局網格量Translationally17內部邊界面只在單元的面上定義:內部邊界面的厚度為零內部邊界面上的變量可以突變用來實現下面一些物理模型:風扇散熱器多孔突變區(qū)域相比多孔介質模型更易收斂內部面內部邊界面只在單元的面上定義:18Case設置的復制要復制一個case設置:通過TUI命令讀寫邊界條件

/file/write-bc

創(chuàng)建一個邊界條件文件

/file/read-bc

讀入一個邊界條件文件可以把二維case的設置讀入到三維case中inlet-1inlet-2outlet-2outlet-1fluidinlet-1inlet-2outlet-2outlet-12DFlowDomain(approximation)Actual3DFlowDomainCase設置的復制要復制一個case設置:inlet-19總結邊界域用來控制求解時的外部和內部邊界，有許多邊界類型用來定義不同的邊界信息實體域用來賦予流體或固體材料選擇項包括多孔介質域、層流域、固定值域等使用對稱面和周期邊界條件能減少計算量未介紹的其他邊界條件類型見附錄遠場壓力排氣扇/出風口進風口/抽氣扇出口總結邊界域用來控制求解時的外部和內部邊界，有許多邊界類型用來20附錄附錄21其他邊界條件壓力遠場條件用來模擬無窮遠處的可壓縮自由流，輸入靜壓和自由流馬赫數只有密度是用理想氣體計算時可以使用壓力遠場條件壓力出口的目標質量流量選項（不能用于多相流）固定壓力出口的流量（常數或UDF）用TUI可以設置迭代方法排氣扇/出風口用指定的壓升/壓降系數以及環(huán)境壓力和溫度模擬排氣扇或出風口的條件進風口/抽氣扇用指定的壓降/壓升系數以及環(huán)境壓力和溫度模擬進風口或進氣扇的條件對LES/DES模擬的進口邊界，在湍流模型一節(jié)中介紹其他邊界條件壓力遠場條件22Outflow不需要壓力或速度信息出口平面的數據由內部數據外插得到邊界上加入質量流量平衡所有變量的法向梯度為零流體在邊界為充分發(fā)展outflow邊界針對不可壓縮流動不能和壓力進口同時使用（必須和速度進口一起使用）不能用于變密度的非穩(wěn)態(tài)流動有回流時收斂性很差.最終解如有回流，不能使用此條件Outflow不需要壓力或速度信息23多出口模擬多出口流動可以使用壓力出口或outflow壓力出口–要求知道下游壓力，FLUENT計算每個出口的流量比例Outflow:流量比例由FlowRateWeighting(FRW)計算：出口間的靜壓變化，以匹配設定的流量分配

Velocityinlet(V,T0)ORPressureinlet(p0,T0)PressureoutletPressureoutletVelocityinlet(V,T0)Outflow(FRW2)Outflow(FRW1)多出口模擬多出口流動可以使用壓力出口或outflowVelo24謝謝peraglobalAPeraGlobalCompany?PERAChina謝謝peraglobalAPeraGlobalComp25ANSYSFLUENT

培訓教材第三節(jié)：邊界條件安世亞太科技（北京）有限公司ANSYSFLUENT培訓教材安世亞太科技（北京）有限公26定義邊界條件要確定一個有唯一解的物理問題，必須指定邊界上的流場變量指定進入流體域的質量流量、動量、能量等定義邊界條件包括:確定邊界位置提供邊界上的信息邊界條件類型和所采用的物理模型決定了邊界上需要的數據你需要注意邊界上的流體變量應該是已知的或可以合理預估的不好的邊界條件對計算結果影響很大定義邊界條件要確定一個有唯一解的物理問題，必須指定邊界上的流27流體域流體域是一系列單元的集合，在其上求解所有激活的方程需要選擇流體材料對多組分或多相流，流體域包含這些相的混合物輸入的選擇項多孔介質域源項層流域固定值域輻射域流體域流體域是一系列單元的集合，在其上求解所有激活的方程28多孔介質多孔介質是一種特殊的流體域在Fluid面板中激活多孔介質域通過用戶輸入的集總阻力系數來確定流動方向的壓降用來模擬通過多孔介質的流動，或者流過其他均勻阻力的物體堆積床過濾紙多孔板流量分配器管束輸入各方向的粘性系數和慣性阻力系數多孔介質多孔介質是一種特殊的流體域29固體域固體域是一組只求解導熱問題而不求解流動方程的單元集合只需要輸入材料名稱選擇項允許輸入體積熱源如果臨近固體域的單元是旋轉周期邊界，需要指定旋轉軸可以定義固體域的運動固體域固體域是一組只求解導熱問題而不求解流動方程的單元集合30FuelAirCombustorWallManifoldbox1Nozzle確定邊界位置-例子在本例中，入口條件有三個可能的位置:進氣管的上游可以用均勻分布條件考慮混合效應非預混反應模型需要更多單元噴嘴進口平面非預混反應模型需要精確的入口分布流動仍然是非預混的3.噴嘴出口平面預混反應模型需要精確的分布由于進口邊界對流場的影響很大，不建議使用123FuelAirCombustorWallManifold31一般的建議如果可能，邊界的位置和形狀能保證流體或者進入流體域，或者流出流體域不是必須的，但這樣能更好的收斂垂直邊界的方向不應該有大的梯度不正確的設置減少近邊界的網格扭曲度否則在計算早期會帶來誤差21Upperpressureboundarymodifiedtoensurethatflowalwaysentersdomain.一般的建議如果可能，邊界的位置和形狀能保證流體或者進入流體域32邊界條件類型外部邊界通用PressureInletPressureOutlet不可壓縮流VelocityInletOutflow(不建議用)壓縮流MassFlowInletPressureFarField其他WallSymmetryAxisPeriodic特定Inlet/OutletVentIntake/ExhaustFan內部邊界FanInteriorPorousJumpRadiatorWall域FluidSolidPorousmediaorificeoutletinletplate

plate-shadowwall邊界條件類型外部邊界內部邊界orificeoutletinl33改變邊界條件類型域和域的類型在前處理階段定義要改變邊界條件類型：在Zone

列表中選擇域名。在Type下拉列表中選擇希望的類型改變邊界條件類型域和域的類型在前處理階段定義34設定邊界條件數據在BC面板中設置設定指定邊界的條件:在項目樹中選擇邊界條件在Zone列表中選擇邊界名稱點擊Edit邊界條件數據可以從一個面拷貝到其他面邊界條件也可以通過UDF和分布文件定義.分布文件這樣生成:從其他CFD模擬寫一個分布文件創(chuàng)建一個有格式的文本文件

設定邊界條件數據在BC面板中設置35速度進口指定速度速度大小，垂直入口方向分量大小和方向指定入口均勻速度分布。如用UDF或者分布文件，可以指定分布入口條件速度入口用于不可壓流動，不建議用于壓縮流速度大小可以是負值，意味著出口。速度進口指定速度36壓力進口壓力入口適用于壓縮和不可壓縮流壓力入口被處理為從滯止點到入口的無損失過渡FLUENT計算靜壓和入口的速度通過邊界的流量隨內部求解和指定的流動方向而改變需要的輸入表總壓超音速/初始表壓入口流動方向湍流量（如是湍流的話）總溫(如果有傳熱和/或壓縮）

Incompressible:Compressible:壓力進口壓力入口適用于壓縮和不可壓縮流Incompressi37流量入口流量入口是為可壓縮流設計的，但也可以用于不可壓流動調整總壓以適合流量入口比壓力入口更難收斂要求的信息質量流量或流率超音速/初始表壓如果當地為超音速，取靜壓，如果是亞音速，忽略此項。如果初場由此邊界設定的化，用于初場計算總溫（在Thermal面板）對不可壓縮流取靜溫指定方向流量入口流量入口是為可壓縮流設計的，但也可以用于不可壓流動38壓力出口適用于壓縮和不可壓流動如果流動在出口是超音速的，指定的壓力被忽略在外流或非封閉區(qū)域流動，作為自由邊界條件要求輸入表壓–流體流入環(huán)境的靜壓?；亓髁卡C當有回流發(fā)生時，起到進口的作用

對理想氣體（可壓縮）流動，可以使用無反射出口邊界條件

壓力出口適用于壓縮和不可壓流動39壁面邊界條件粘性流動中，壁面采用無滑移邊界條件可以指定剪切應力.熱邊界條件有幾種類型的熱邊界條件。對一維或薄殼導熱計算，可以指定壁面材料和厚度（細節(jié)會在傳熱課程介紹）。對湍流可以指定壁面粗糙度基于局部流場的壁面剪切應力和傳熱壁面可以設置平移或旋轉速度壁面邊界條件粘性流動中，壁面采用無滑移邊界條件40對稱面和軸對稱面不需要輸入流場和幾何都需要是對稱的:對稱面法向速度為零對稱面所有變量法向梯度為零必須仔細確定正確的對稱面位置軸軸對稱問題的中心線不需要輸入必須和X軸正向重合SymmetryPlanesAxis對稱面和軸對稱面SymmetryPlanesAxis41周期邊界條件用來減少全局網格量流場和幾何必須是旋轉周期對稱或平移周期對稱旋轉周期對稱通過周期面的ΔP=0在流體域中必須指定旋轉軸平移周期對稱通過周期面的ΔP必須有限模型是充分發(fā)展條件.指定每個周期的平均

ΔP或質量流量如果沒有在網格階段定義周期條件，可以在

FLUENTTUI中用下面命令指定

/mesh/modify-zones/make-periodicTranslationallyperiodicplanes2DTubeHeatExchangerFlowRotationally

periodic

planes周期邊界條件用來減少全局網格量Translationally42內部邊界面只在單元的面上定義:內部邊界面的厚度為零內部邊界面上的變量可以突變用來實現下面一些物理模型:風扇散熱器多孔突變區(qū)域相比多孔介質模型更易收斂內部面內部邊界面只在單元的面上定義:43Case設置的復制要復制一個case設置:通過TUI命令讀寫邊界條件

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創(chuàng)建一個邊界條件文件

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讀入一個邊界條件文件可以把二維case的設置讀入到三維case中inlet-1inlet-2outlet-2outlet-1fluidinlet-1inlet-2outlet-2outlet-12DFlowDomain(approximation)Actual3DFlowDomainCase設置的復制要復制一個case設置:inlet-44總結邊界域用來控制求解時的外部和內部邊界，有許多邊界類型用來定義不同的邊界信息實體域用來賦予流體或固體材料選擇項包括多孔介質域、層流域、固定值域等使用對稱面和周期邊界條件能減少計算量未介紹的其他邊界條件類型見附錄遠場壓力排氣扇/出風口進風