邊界條件的設(shè)定

會(huì)計(jì)學(xué)1邊界條件的設(shè)定邊界條件——WhyandWhat為了獲得物理問題（各種微分方程）的唯一解，必須對(duì)計(jì)算域邊界設(shè)定各種參數(shù)值.如各種通量（熱通量、質(zhì)量通量）、運(yùn)動(dòng)狀況等.邊界條件內(nèi)容:定義邊界條件的位置信息(如進(jìn)口、固體壁面、對(duì)稱位置面)確定邊界上的各種參數(shù)信息邊界條件的具體內(nèi)容和計(jì)算中采用的物理模型、邊界條件的類型密切相關(guān).必須仔細(xì)確定邊界條件的參數(shù) 直接影響了求解過程和所得到的結(jié)果.第1頁/共26頁FuelAirCombustorWallManifoldbox1123Nozzle分析流程1.來流條件均勻性非預(yù)混模型考慮混合效果2.噴嘴進(jìn)口非預(yù)混模型參數(shù)要求高3.噴嘴出口預(yù)混模型參數(shù)要求高第2頁/共26頁基本原則設(shè)定在流體的進(jìn)、出口可以有利于收斂.在垂直于邊界上不應(yīng)該存在很大的參數(shù)梯度.導(dǎo)致不同的結(jié)果.減小邊界附近的網(wǎng)格扭曲度.導(dǎo)致計(jì)算早期誤差過大.21第3頁/共26頁基本的邊界類型外部面一般:Pressureinlet,Pressureoutlet不可壓:Velocityinlet,Outflow可壓:

Massflowinlet,Pressurefar-field特殊:Inletvent,outletvent,intakefan,exhaustfan其它:Wall,Symmetry,Periodic,Axis單元、區(qū)域FluidandSolid相交面Fan,Interior,PorousJump,Radiator,WallsinletoutletwallinteriorOrifice_plate

andorifice_plate-shadow第4頁/共26頁基本流程GambitBoundaryTypeFluidTypeFluentSolverSelectBoundarySetParameters第5頁/共26頁邊界條件的定義——Solver選擇求解器正對(duì)求解器選擇不同的邊界條件定義器第6頁/共26頁邊界條件的定義——SpecifyType選擇邊界對(duì)應(yīng)的幾何體默認(rèn)值：面選擇邊界的類型.鼠標(biāo)直接選取.對(duì)定義好的邊界可以再操作更改、刪除.第7頁/共26頁邊界條件的定義——SpecifyType選擇邊界對(duì)應(yīng)的幾何體默認(rèn)值：體選擇邊界的類型.鼠標(biāo)直接選取.對(duì)定義好的邊界可以再操作更改、刪除.第8頁/共26頁邊界條件的定義——Define在Fluent中定義邊界條件的具體值各種邊界條件的參數(shù)可以重新定義邊界類型第9頁/共26頁重新定義邊界條件一般邊界條件在預(yù)處理軟件中定義.可以在Fluent中更改:Define

BoundaryConditions...選擇要更改的幾何體從Type中選擇新的類型.第10頁/共26頁給定邊界條件參數(shù)在BCpanels中直接賦值.給選定的邊界設(shè)定:從Zone菜單中選擇邊界.點(diǎn)擊Set按鈕利用Copy按鈕可以復(fù)制邊界條件.邊界條件的內(nèi)容可以存盤，也可以讀入.filewrite-bcandfileread利用UDFsandProfiles可以定義復(fù)雜的邊界條件第11頁/共26頁VelocityInlet定義類型:Magnitude,NormaltoBoundaryComponentsMagnitudeandDirection默認(rèn)值為均勻流動(dòng)適用于incompressibleflows.Staticpressure相應(yīng)分布.Totalpressure同樣用于compressibleflows將有可能導(dǎo)致非物理解.速度設(shè)定為負(fù)值時(shí)，可以用來表示出口.但是必須要保證流量平衡.第12頁/共26頁P(yáng)ressureInlet(1)參數(shù)確定:TotalGaugePressure驅(qū)使流體運(yùn)動(dòng)的能量.StaticGaugePressure超音速流動(dòng)時(shí)靜壓;亞音速時(shí)忽略從該邊界初始化時(shí)有用TotalTemperature對(duì)于不可壓流作為靜溫.InletFlowDirectionIncompressibleflows:Compressibleflows:第13頁/共26頁P(yáng)ressureInlet(2)注意的是Gaugepressure必須給定.

Operatingpressure定義:DefineOperatingConditions同時(shí)適用compressible和incompressibleflows.Fluent計(jì)算時(shí)采用staticpressureandvelocity通過壓力面的通量由內(nèi)部條件和流動(dòng)方向決定.

可以被用作模擬“Free”面.第14頁/共26頁MassFlowInlet參數(shù)確定:(a)MassFlowRateor(b)MassFlux(a)給定恒定的流量(b)利用profiles/UDF定義StaticGaugePressure超音速有效該邊界初始化有效.TotalTemperature對(duì)于不可壓流動(dòng)為靜溫.InletFlowDirection一般用于compressible;也可用于incompressibleflows.Totalpressure由輸入變量求得.和pressureinlet相比.收斂性差第15頁/共26頁P(yáng)ressureOutlet給定staticgaugepressure作為出口處的環(huán)境壓力.可以定義徑向的壓力分布.Backflow收斂過程出現(xiàn)最終結(jié)果如此.方向是垂直于邊界.適用于compressible和incompressibleflows在超音速條件下，忽略所給定的壓力值.可以被用來模擬自由流.第16頁/共26頁Outflow不需指定任何速度和壓力信息.由內(nèi)部區(qū)域來傳遞信息.邊界上保持流量平衡.在Outflow面上所有參數(shù)梯度為零近似于充分發(fā)展流適用于incompressibleflows.不能和PressureInlet合用;入口只能是velocityinlet.不能用來模擬密度隨時(shí)間變化的問題.當(dāng)存在回流時(shí)，很難收斂不能模擬最終結(jié)果存在回流的物理問題.第17頁/共26頁可以利用PressureOutlet和Outflowboundaries.PressureOutletsOutflow:出口流量定義如下:mi=FRWi/FRWiwhere0<FRW<1.

FRW為1表示均勻分布多通道出口pressure-inlet(p0,T0)pressure-outlet(ps)2velocity-inlet(v,T0)pressure-outlet(ps)1orFRW2velocityinletFRW1第18頁/共26頁其它的邊界條件PressureFarField模擬idealgaslaw下的流動(dòng).通常給定free-streamMachnumber和靜態(tài)參數(shù).ExhaustFan/OutletVent給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù)InletVent/IntakeFan模擬風(fēng)扇運(yùn)動(dòng).給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù)第19頁/共26頁WallBoundaries速度：無滑移切向速度和固壁面速度相等.法向速度為零可以定義壁面剪切力.熱邊界:幾種不同的條件包括定義壁面厚度.定義運(yùn)動(dòng)的壁面.第20頁/共26頁SymmetryandAxisBoundariesSymmetryBoundary簡化計(jì)算量.不需任何參數(shù).計(jì)算域和幾何形狀必須對(duì)稱:對(duì)稱面上法向速度為零所有的變量法向梯度為零AxisBoundary模擬二維軸對(duì)稱問題.不需任何參數(shù).symmetryplanes第21頁/共26頁P(yáng)eriodicBoundaries減小計(jì)算量.計(jì)算域?yàn)橹芷谛赃\(yùn)動(dòng)區(qū)域.周期性旋轉(zhuǎn):周期面上p=0.周期性平動(dòng):在周期面上允許有限的p.

模擬充分發(fā)展流.在Gambit中預(yù)先定義為translational.Translationallyperiodicplanes2DtubeheatexchangerflowRotationallyperiodicplanes第22頁/共26頁區(qū)域定義:FluidFluidzone=求解的流體計(jì)算域.確定Fluidmaterial.