CFD軟件介紹/培訓(xùn)邊界條件的設(shè)定

admin 2011-09-06

計算傳熱學(xué)—CFD軟件介紹/培訓(xùn) 邊界條件的設(shè)定
南京航空航天大學(xué) 能源與動力學(xué)院 2003.5

邊界條件——Why and What
為了獲得物理問題（各種微分方程）的唯一解，必須對計算域邊界設(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.

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

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)致計算早期誤差過大.

基本的邊界類型
外部面
一般: Pressure inlet, Pressure outlet
不可壓: Velocity inlet, Outflow
可壓: Mass flow inlet, Pressure far-field
特殊: Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan
其它: Wall, Symmetry, Periodic, Axis

單元、區(qū)域
Fluid and Solid

相交面
Fan, Interior, Porous Jump,
Radiator, Walls

邊界條件的定義——Solver
選擇求解器

正對求解器選擇不同的邊界條件定義器

邊界條件的定義——Specify Type
選擇邊界對應(yīng)的幾何體
默認(rèn)值：面

選擇邊界的類型.
鼠標(biāo)直接選取.

對定義好的邊界可以再操作
更改、刪除.

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

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 ? Boundary Conditions...
選擇要更改的幾何體

從Type中選擇新的類型.

給定邊界條件參數(shù)
在 BC panels中直接賦值.
給選定的邊界設(shè)定:
從Zone菜單中選擇邊界.
點擊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.
file ? write-bc and file ? read

利用 UDFs and Profiles可以
定義復(fù)雜的邊界條件

Velocity Inlet
定義類型:
Magnitude, Normal to Boundary
Components
Magnitude and Direction

默認(rèn)值為均勻流動

適用于 incompressible flows.
Static pressure 相應(yīng)分布.
Total pressure 同樣
用于 compressible flows 將有可能導(dǎo)致非物理解.

速度設(shè)定為負(fù)值時，可以用來表示出口.
但是必須要保證流量平衡.

Pressure Inlet
參數(shù)確定:
Total Gauge Pressure
驅(qū)使流體運(yùn)動的能量.

Static Gauge Pressure
超音速流動時靜壓;
亞音速時忽略
從該邊界初始化時有用

Total Temperature
對于不可壓流作為靜溫.

Inlet Flow Direction
注意的是 Gauge pressure 必須給定.

Operating pressure 定義: Define ? Operating Conditions

同時適用 compressible 和 incompressible flows.
Fluent 計算時采用 static pressure and velocity
通過壓力面的通量由內(nèi)部條件和流動方向決定.

可以被用作模擬“Free”面.

Mass Flow Inlet
參數(shù)確定:
(a) Mass Flow Rate or (b) Mass Flux
(a) 給定恒定的流量
(b) 利用 profiles/UDF定義
Static Gauge Pressure
超音速有效
該邊界初始化有效.
Total Temperature
對于不可壓流動為靜溫.
Inlet Flow Direction

一般用于 compressible; 也可用于 incompressible flows.
Total pressure 由輸入變量求得.
和 pressure inlet相比.收斂性差

Pressure Outlet
給定 static gauge pressure
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 incompressible flows
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.

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 incompressible flows.
不能和 Pressure Inlet合用; 入口只能是 velocity inlet.
不能用來模擬密度隨時間變化的問題.

當(dāng)存在回流時，很難收斂
不能模擬最終結(jié)果存在回流的物理問題.

其它的邊界條件
Pressure Far Field
模擬 ideal gas law下的流動.
通常給定 free-stream Mach number 和靜態(tài)參數(shù) .

Exhaust Fan/Outlet Vent
給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù)

Inlet Vent/Intake Fan
模擬風(fēng)扇運(yùn)動.
給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù)