CFD軟件介紹/培訓(xùn)邊界條件的設(shè)定

admin 2011-09-06

計(jì)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(dòng)力學(xué)院 2003.5

邊界條件——Why and What
為了獲得物理問(wèn)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(chēng)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(lèi)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(guò)程和所得到的結(jié)果.

分析流程
1. 來(lái)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(jì)算早期誤差過(guò)大.

基本的邊界類(lèi)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(duì)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(duì)應(yīng)的幾何體
默認(rèn)值：面

選擇邊界的類(lèi)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.

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(lèi)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(lèi)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(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(pán)，
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(lèi)型:
Magnitude, Normal to Boundary
Components
Magnitude and Direction

默認(rèn)值為均勻流動(dòng)

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(shí)，可以用來(lái)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(dòng)的能量.

Static Gauge Pressure
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

Total Temperature
對(duì)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(shí)適用 compressible 和 incompressible flows.
Fluent 計(jì)算時(shí)采用 static pressure and velocity
通過(guò)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.

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(duì)于不可壓流動(dòng)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(guò)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(lái)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(lái)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(lái)模擬密度隨時(shí)間變化的問(wèn)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(wèn)題.

其它的邊界條件
Pressure Far Field
模擬 ideal gas law下的流動(dòng).
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(dòng).
給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù)