fluent边界条件(二)

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1、周期性边界条件周期性边界条件用来解决，物理模型和所期待的流动的流动/热解具有周期性重复的特点。 FLUENT 提供了两种类型的周期性边界条件。第一种类型不允许通过周期性平面具有压降（对于FLUENT4用户来说：这一类型的周期性边界是指FLUENT4中的圆柱形边界）。第 二种类型允许通过平移周期性边界具有压降，它是你能够模拟完全发展的周期性流动（在 FLUENT4 中是周期性边界）。本节讨论了无压降的周期性边界条件。在周期性流动和热传导一节中，完全发展的周期性模 拟能力得到了详尽的描述。周期性边界的例子 周期性边界条件用于模拟通过计算模型内的两个相反平面的流动是相同的情况。下图是周期 性边界条件

2、的典型应用。在这些例子中，通过周期性平面进入计算模型的流动和通过相反的 周期性平面流出流场的流动是相同的。正如这些例子所示，周期性平面通常是成对使用的。Figure 1: 在圆柱容器中使用周期性边界定义涡流周期性边界的输入 对于没有任何压降的周期性边界，你只需要输入一个东西，那就是你的所模拟的几何外形是 旋转性周期还是平移性周期。（对于有周期性压降的周期流还要输入其它的东西，请参阅周 期性流动和热传导一节。）旋转性周期边界是指关于旋转对称几何外形中线形成了一个包括的角度。本节中的图一就是 旋转性周期。平移性周期边界是指在直线几何外形内形成周期性边界。下面两图是平移性周 期边界：Figure 1

3、: 物理区域periodic boundaryperitidjc btundaryFigure 2: 所模拟的区域对于周期性边界，你需要在周期性面板（下图）中指定平移性边界还是旋转性边界，该面板 是从设定边界条件菜单中打开的。PeriodicZone Nameperiodic-1Periodic TypeTranslationalRotationalOKCancelHelpFigure 3: 周期性面板（对于耦合解算器，周期性面板中将会有附加的选项，这一选项允许你指定压力跳跃，详细 内容请参阅周期性流动和热传导一节。）如果区域是旋转性区域，请选择旋转性区域类型。如果是平移性就选择平移性区域类型

4、。对 于旋转性区域，解算器会自动计算通过周期性区域的旋转角度。旋转轴是为邻近单元指定的 旋转轴。注意：对于使用旋转周期性边界来说，你不必指定邻近单元区域为移动的。例如，你能够使 用具有管的平切片的非旋转坐标系来模拟三维管流，管的切片需要具有旋转性周期。 你可以使用 Grid/Check 菜单选项（参阅检查网格一节）来计算和显示周期性边界所有表面 的旋转角度的最大值、最小值和平均值。如果最大值、最小值和平均值之间的差别可以忽略 ， 那么网格有一个问题：对于指定轴来说网格几何外形不是周期性的。周期性边界的默认设定默认为平移周期性边界条件周期性边界的计算程序FLUENT在周期性边界处理流动就像反向周

5、期性平面是和前面的周期性边界直接相邻一样, 因此，当计算流过邻近流体单元的周期性边界时，就会使用与反向周期性平面相邻的流体单 元的流动条件。轴边界的计算程序轴边界条件轴边界类型必须使用在对称几何外形的中线处（见下图）。它也可以用在圆柱两极的四边形 和六面体网格的中线上（比如：像FLUENT4之类的结构网格生成代码所产生的网格）。在 轴边界处，你不必定义任何边界条件。Figure 1: 在轴对称几何外形的中线处轴边界条件的使用轴边界的计算程序要确定轴上特定点的适当物理值，FLUENT使用邻近单元中的单元值。流体条件流体区域是一组所有现行的方程都被解出的单元。对于流体区域只需要输入流体材料类 型。

6、你必须指明流体区域内包含哪种材料，以便于使用适当的材料属性。如果你模拟组分输运或者燃烧，你就不必在这里选择材料属性，当你激活模型时，组分 模型面板中会指定混合材料。相似地，对于多相流动你也不必指定材料属性，当你在多相流 模型面板中激活模型时，你会选择它们。可选择的输入允许你设定热、质量、动量、湍流、组分以及其它标量属性的源项。你也 可以为流体区域定义运动。如果邻近流体区域内具有旋转周期性边界，你就需要指定旋转轴。 如果你使用 k-e 模型或者 Spalart-Allmaras 模型来模拟湍流，你可以选择定义流体区域为层 流区域。如果你用DO模型模拟辐射，你可以指定流体是否参加辐射。对于多孔区域

7、的信息， 请参阅多孔介质条件一节。流体区域的输入在流体面板中（下图），你需要设定所有的流体条件，该面板是从设定边界条件菜单中打开 的。Figure 1: 流体面板定义流体材料要定义流体区域内包含的材料，请在材料名字下拉列表中选择适当的选项。这一列表中会包 含所有已经在使用材料面板中定义的流体材料（或者从材料数据库中加载）。如果你模拟组分输运或者多相流，在流体面板的下拉列表中不会出现材料名。对于组分计算， 所有流体区域的混合材料将会是你在组分模型面板中所指定的材料。对于多相流，所有流体 区域的材料将会是你在多相流模型面板中所指定的材料。定义源项如果你希望在流体区域内定义热、质量、动量、湍流、组分

8、以及其它标量属性的源项，你可 以激活源项选项来实现。详情请参阅定义质量、动量、能量和其它源项一节。指定层流区域如果你使用 k-e 模型或者 Spalart-Allmaras 模型来模拟湍流，在指定的流体区域关掉湍流模 拟是可能的（即：使湍流生成和湍流粘性无效，但是湍流性质的输运仍然保持）。如果你知 道在某一区域流动是层流这一功能是很有用的。比方说：如果你知道机翼上的转唳点的位置， 你可以在层流单元区域边界和湍流区域边界创建一个层流/湍流过渡边界。这一功能允许你 模拟机翼上的湍流过渡。要在流体区域内取消湍流模拟，请在流体面板中打开层流区域选项。指定旋转轴如果邻近流体区域存在旋转性周期边界，或者区

9、域是旋转的，你必须指定旋转轴。要定 义旋转轴，请设定旋转轴方向和起点。这个轴和任何邻近壁面区域或任何其它单元区域所使 用的旋转轴是独立的。对于三维问题，旋转轴起点是从旋转轴起点中输入的起点，方向为旋 转轴方向选项中输入的方向。对于二维非轴对称问题，你只需要指定旋转轴起点，方向就是 通过指定点的z方向。（z向是垂直于几何外形平面的，这样才能保证旋转出现在该平面内）。 对于二维轴对称问题，你不必定义轴，旋转通常就是关于X轴的，起点为（0,0）。定义区域运动对于旋转和平移坐标系要定义移动区域，请在运动类型下菜单（如果你用滚动条向右滚动到 旋转轴起点和方向，就是可见的了）中选择运动参考坐标系。然后在面

10、板的扩展部分设定适 当的参数。要对移动或者滑移网格定义移动区域，在移动类型下拉列表中选择移动网格，然后在扩展面 板中设定适当的参数。详情请参阅滑动网格。对于包括线性、平移运动的流体区域问题，通过设定X, Y,和Z分量来指定平移速度。对于 包括旋转运动的问题，在旋转速度中指定旋转速度。旋转轴的定义请参阅指定旋转轴一节。 关于在移动参考系中模拟流动的详细内容请参阅移动区域的流动一节。定义辐射参数如果你使用DO辐射模型，你可以用参加辐射选项指定流体区域是否参加辐射的计算。详情 请参阅辐射边界条件一节。固体条件固体区域是仅用来解决热传导问题的一组区域。作为固体处理的材料可能事实上是流体，但 是假定其中

11、没有对流发生。固体区域仅需要输入材料类型。你必须表明固体区域包含哪种材 料，以便于计算是使用适当的材料。可选择的输入允许你设定体积热生成速度（热源）。你 也可以定义固体区域的运动。如果在邻近的固体单元内有旋转性周期边界，你就需要指定旋 转轴。如果你模拟DO辐射模型，你可以指定固体材料是否参加辐射的计算。固体区域的输入流体区域的输入 在固体面板中（下图），你需要设定所有的固体条件，该面板是从设定边界条件菜单中打开 的。Figure 1: 固体面板定义流体材料 要定义固体区域内包含的材料，请在材料名字下拉列表中选择适当的选项。这一列表中会包 含所有已经在使用材料面板中定义的固体材料（或者从材料数据

12、库中加载）。定义热源如果你希望在固体区域内定义热源项，你可以激活源项选项来实现。详情请参阅定义质量、 动量、能量和其它源项一节。指定旋转轴如果邻近固体区域存在旋转性周期边界，或者区域是旋转的，你必须指定旋转轴。要定义旋转轴，请设定旋转轴方向和起点。这个轴和任何邻近壁面区域或任何其它单元区域所使 用的旋转轴是独立的。对于三维问题，旋转轴起点是从旋转轴起点中输入的起点，方向为旋 转轴方向选项中输入的方向。对于二维非轴对称问题，你只需要指定旋转轴起点，方向就是 通过指定点的z方向。（z向是垂直于几何外形平面的，这样才能保证旋转出现在该平面内）。 对于二维轴对称问题，你不必定义轴，旋转通常就是关于X轴

13、的，起点为（0,0）。定义区域运动对于旋转和平移坐标系要定义移动区域，请在运动类型下菜单（如果你用滚动条向右滚动到 旋转轴起点和方向，就是可见的了）中选择运动参考坐标系。然后在面板的扩展部分设定适 当的参数。要对移动或者滑移网格定义移动区域，在移动类型下拉列表中选择移动网格，然后在扩展面 板中设定适当的参数。详情请参阅滑动网格。对于包括线性、平移运动的流体（？原文是流体，按理说应该是固体）区域问题，通过 设定X, Y,和Z分量来指定平移速度。对于包括旋转运动的问题，在旋转速度中指定旋转速 度。旋转轴的定义请参阅指定旋转轴一节。关于在移动参考系中模拟流动的详细内容请参阅移动区域的流动一节。定义辐

14、射参数如果你使用 DO 辐射模型，你可以用参加辐射选项指定固体区域是否参加辐射的计算。 详情请参阅辐射边界条件一节。多孔介质条件多孔介质模型可以应用于很多问题，如通过充满介质的流动、通过过滤纸、穿孔圆盘、 流量分配器以及管道堆的流动。当你使用这一模型时，你就定义了一个具有多孔介质的单元 区域，而且流动的压力损失由多孔介质的动量方程中所输入的内容来决定。通过介质的热传 导问题也可以得到描述，它服从介质和流体流动之间的热平衡假设，具体内容可以参考多孔 介质中能量方程的处理一节。多孔介质的一维化简模型，被称为多孔跳跃，可用于模拟具有已知速度/压降特征的薄 膜。多孔跳跃模型应用于表面区域而不是单元区域

15、，并且在尽可能的情况下被使用（而不是 完全的多孔介质模型），这是因为它具有更好的鲁棒性，并具有更好的收敛性。详细内容请 参阅多孔跳跃边界条件。多孔介质模型的限制如下面各节所述，多孔介质模型结合模型区域所具有的阻力的经验公式被定义为“多 孔”。事实上多孔介质不过是在动量方程中具有了附加的动量损失而已。因此，下面模型的 限制就可以很容易的理解了。 流体通过介质时不会加速，因为事实上出现的体积的阻塞并没有在模型中出现。这对于过渡流是有很大的影响的，因为它意味着 FLUENT 不会正确的描述通过介质的过渡时 间。 多孔介质对于湍流的影响只是近似的。详细内容可以参阅湍流多孔介质的处理一节。多孔介质的动量方程 多孔介质的动量方程具有附加的动量源项。源项由两部分组成，一部分是粘性损失项(Darcy),另一个是内部损失项:工 C p v vj jj=1工 D pv +ij jj=1其中s_i是i向(x, y, or z)动量源项，D和C是规定的矩阵。在多孔介质单元中，动量损 失对于压力梯度有贡献，压降和流体速度(或速度方阵)成比例。对于简单的均匀多孔介质:其中a是渗透性，C_2时内部阻力因子，简单的指定D和C分别为对角阵1/a和C_2其它 项为零。FLUENT 还允许模拟的源项为速度的幂率:C1=C |v| (CTv0i其中C_0