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1、 边界条件边界条件Introductory FLUENT TrainingIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006定义边界条件定义边界条件定义一个问题，并且能获得唯一的解，你必须在依靠定义一个问题，并且能获得唯一的解，你必须在依靠变量值的边界区域上给出边界条件变量值的边界区域上给出边界条件定义区域内的质量流量定义区域内的质量流量, 动量动量, 能量能量, 等等等等定义边界条件包括定义边界条件包括:定义边界位置（比如：入口，壁面，对称面）定义边界位置（比如：入口，壁面，对称面）提供边界信息提供边界信息边界上必需的数据依赖边界条件类型和使
2、用的物理模边界上必需的数据依赖边界条件类型和使用的物理模型型你必须知道边界条件定义时需要那些信息，你确定边你必须知道边界条件定义时需要那些信息，你确定边界条件的位置的这些信息是否已知或能合理的近似界条件的位置的这些信息是否已知或能合理的近似边界条件定义的不好将会对你的结果产生重大影响边界条件定义的不好将会对你的结果产生重大影响Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006燃料空气燃烧墙六面体盒子1喷嘴定位边界：举例定位边界：举例三种可能方式定位入口型三种可能方式定位入口型边界：边界：1 多个上游入口多个上游入口能使用统一外形能使用统一外形混
3、合的适当比例混合的适当比例没有预先混合的化学反没有预先混合的化学反应模型应模型需要更多单元需要更多单元2 喷嘴入口面喷嘴入口面没有预先混合的化学反没有预先混合的化学反应模型应模型需要精确数据外形需要精确数据外形3 喷嘴出口面喷嘴出口面预混合化学反应模型预混合化学反应模型需要精确外形需要精确外形123Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006要领要领要领要领尽可能选择边界位置和形尽可能选择边界位置和形状使流体或进或出的流动状使流体或进或出的流动不是必须的，但是会更利不是必须的，但是会更利于解的收敛于解的收敛在边界法向方向上不该有在边界法向
4、方向上不该有大的梯度大的梯度指出错误设置指出错误设置减少边界附近的网格倾斜减少边界附近的网格倾斜否则将在计算中过早引入否则将在计算中过早引入误差误差21修改过的上压力边界确定流体进入区域Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006可用边界类型可用边界类型外部面外部面常规压力入口，压力出口常规压力入口，压力出口不可压速度入口，自由出流不可压速度入口，自由出流可压质量流入口，压力远场，质量流可压质量流入口，压力远场，质量流出口出口其它壁面，对称面，轴，周期其它壁面，对称面，轴，周期特殊通风口入口，通风口出口，进气特殊通风口入口，通风口出口，进
5、气风扇，排气风扇风扇，排气风扇单元区域单元区域流体流体固体固体多孔介质多孔介质热交换器热交换器内部面内部面风扇，内部，多孔跳跃，散热器，壁面风扇，内部，多孔跳跃，散热器，壁面orificeplate plate-shadowoutletinletwallIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006改变边界类型改变边界类型区域和区域类型在前处理程序中已经定义了区域和区域类型在前处理程序中已经定义了改变特定区域的区域类型改变特定区域的区域类型在在“区域区域”菜单中选择区域名菜单中选择区域名也可以在显示面板中右键选择边界区域也可以在显示面板中右
6、键选择边界区域在在“类型类型”菜单中选择新的区域类型菜单中选择新的区域类型DefineBoundary ConditionsIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006设置边界条件数据设置边界条件数据在边界条件面板中设置数据在边界条件面板中设置数据给特定域设置边界条件给特定域设置边界条件在在Zone菜单中选择域名菜单中选择域名按按Set键键边界条件数据可以从一个区域复制到另一个边界条件数据可以从一个区域复制到另一个边界数据能够使用边界数据能够使用TUI命令读入和写出到一命令读入和写出到一个文件中个文件中/file/write-bc/fil
7、e/read-bc边界条件也可以由边界条件也可以由UDF和轮廓文件来定义和轮廓文件来定义轮廓文件可以这样产生：轮廓文件可以这样产生：从另一个从另一个CFD仿真中写一个轮廓文件仿真中写一个轮廓文件用边界数据创造一个适当的格式化文本用边界数据创造一个适当的格式化文本Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006速度入口速度入口速度定义方法速度定义方法大小，垂直于边界大小，垂直于边界三个分量三个分量大小和方向大小和方向速度轮廓默认是统一的速度轮廓默认是统一的打算用在不可压流上打算用在不可压流上根据给定的速度分布调节静压根据给定的速度分布调节静压流
8、体总的（滞止）属性也会变化流体总的（滞止）属性也会变化在可压流上使用速度入口可能导在可压流上使用速度入口可能导致无意义的结果致无意义的结果能够定义负的速度入口用来作为能够定义负的速度入口用来作为“速度出口速度出口”你必须确保在多个入口的情况下你必须确保在多个入口的情况下质量守恒能够满足质量守恒能够满足Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006压力入口压力入口总表压总表压定义能量来驱动流体定义能量来驱动流体在可能发生回流的地方定义在可能发生回流的地方定义双倍静表压双倍静表压内部解决定回流方向内部解决定回流方向超音速超音速/初始表压初始表压
9、当流动是超音速的时候才考当流动是超音速的时候才考虑，亚音速时就忽略了虑，亚音速时就忽略了如果流动区域从这个边界开如果流动区域从这个边界开始初始化的，那么这个压力始初始化的，那么这个压力将被作为初始压力将被作为初始压力总温（热标）总温（热标）对不可压流来说就是静温对不可压流来说就是静温入流方向入流方向不可压流不可压流:可压流可压流:Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006压力入口压力入口压力入口需要输入表压压力入口需要输入表压工作压力水平可能有时候会影响解的精确性（当压力波动相工作压力水平可能有时候会影响解的精确性（当压力波动相对小的时
10、候）对小的时候）设置操作压力设置操作压力适合于可压和不可压流动适合于可压和不可压流动压力入口边界可用于从自由流动到滞止流动的过渡范围压力入口边界可用于从自由流动到滞止流动的过渡范围FLUENT 在入口处计算静压和速度在入口处计算静压和速度通过边界的质量流量依赖内部解算和所定义的流动方向通过边界的质量流量依赖内部解算和所定义的流动方向在外部流动或者不确定的流动可以作为在外部流动或者不确定的流动可以作为“自由自由”边界边界DefineOperating ConditionsIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006质量入口流动质量入口流动必
11、需的信息必需的信息质量流率或者质量流量质量流率或者质量流量质量流率意味着统一的质量流量质量流率意味着统一的质量流量质量流量能够用轮廓文件或者质量流量能够用轮廓文件或者UDF来定义来定义超音速超音速/初始表压初始表压当流动是当地超音速的时候考虑，当流动是当地超音速的时候考虑，亚音速时就忽略了亚音速时就忽略了如果流动区域从这个边界开始初始化如果流动区域从这个边界开始初始化的，那么这个压力将被作为初始压力的，那么这个压力将被作为初始压力总温（热标）总温（热标）对不可压流来说就是静温对不可压流来说就是静温方向定义方法方向定义方法质量流动入口用于可压流；但是，也质量流动入口用于可压流；但是，也可用于不可
12、压流可用于不可压流总压随着质量流入变化而变化总压随着质量流入变化而变化比压力入口更难收敛比压力入口更难收敛Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006压力出口压力出口必需的信息必需的信息表压（静压）表压（静压）也就是流动出口处的环境静压也就是流动出口处的环境静压径向压力平衡分布选项可用径向压力平衡分布选项可用在有回流发生的地方的总压是入流压力的两倍在有回流发生的地方的总压是入流压力的两倍回流量回流量在计算过程中或作为最终结果的一部分，在计算过程中或作为最终结果的一部分， 回流可能发生在压力出口回流可能发生在压力出口回流方向的确定方法回流方
13、向的确定方法回流边界数据一定是对所有的输运变量进行设置的回流边界数据一定是对所有的输运变量进行设置的提供真实的回流量能够降低收敛难度提供真实的回流量能够降低收敛难度对可压和不可压都适合对可压和不可压都适合如果流动是当地超音速的话，出口处压力可以忽略如果流动是当地超音速的话，出口处压力可以忽略对外部或者不确定的流动可以当作对外部或者不确定的流动可以当作 “自由自由”边界使用边界使用对理想气体（可压）流动，无反射出口边界条件适用对理想气体（可压）流动，无反射出口边界条件适用Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006自由出流自由出流不需要压力
14、或者速度信息不需要压力或者速度信息出口数据由内部外推得到出口数据由内部外推得到边界处使用了质量平衡修正边界处使用了质量平衡修正流动存在自由出流边界条件意味着边界处流动变量零法向的扩散流动存在自由出流边界条件意味着边界处流动变量零法向的扩散适合于出流流动充分发展的流动适合于出流流动充分发展的流动用于不可压流用于不可压流不能和压力入口同时使用（必须和速度入口同时使用）不能和压力入口同时使用（必须和速度入口同时使用）不能和在整个流域内单独设置压力梯度联合使用不能和在整个流域内单独设置压力梯度联合使用不能用于可变密度非定常流动不能用于可变密度非定常流动当迭代时出现回流收敛程度很差当迭代时出现回流收敛程
15、度很差如果预测最后结果会出现回流则不能使用如果预测最后结果会出现回流则不能使用Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006模拟多个出口边界模拟多个出口边界多种出口的流动可以使用多种出口的流动可以使用压力出口压力出口 或者自由出流边界或者自由出流边界压力出口压力出口自由出流自由出流:质量流率分数由质量流率分数由流速权重流速权重决定决定FRW 默认设置为默认设置为1 (暗示等于流率暗示等于流率)通过出口之间的静压变化来调节流量分布通过出口之间的静压变化来调节流量分布velocity-inlet (V, T0)ORpressure-inlet
16、(p0, T0)pressure-outlet (ps)2pressure-outlet (ps)1velocity-inlet (V, T0)outflow (FRW2)outflow (FRW1)Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006其它入口其它入口/出口边界条件出口边界条件压力远场压力远场用指定的静态条件和自由流的马赫数来定义无穷远处自由可压流用指定的静态条件和自由流的马赫数来定义无穷远处自由可压流只有在密度符合理想气体规律情况下可以使用只有在密度符合理想气体规律情况下可以使用目标质量流率压力出口选项（对多相流模式不适用）目标
17、质量流率压力出口选项（对多相流模式不适用）提供在压力出口确定质量流率的功能（通过设定常数或者提供在压力出口确定质量流率的功能（通过设定常数或者UDF定义）定义）在在TUI中有迭代方式选项中有迭代方式选项排气扇排气扇/通风口通风口用于模拟具有指定压力跳跃用于模拟具有指定压力跳跃/损失系数，流动方向，以及环境（通风损失系数，流动方向，以及环境（通风口处）压力和温度的排气扇口处）压力和温度的排气扇/通风口通风口进风口进风口/进风扇进风扇用于模拟具有指定损失系数，流动方向，以及环境（入口处）压力用于模拟具有指定损失系数，流动方向，以及环境（入口处）压力和温度的进风口和温度的进风口/进风扇进风扇在紊流模
18、型那课将会讲到适合大涡和分离涡模态的入口边界条件在紊流模型那课将会讲到适合大涡和分离涡模态的入口边界条件Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006壁面壁面用来分离流体和固体区域用来分离流体和固体区域在粘性流，无滑移条件下在粘性流，无滑移条件下切向流速等于壁面的速度切向流速等于壁面的速度所有法向速度为零所有法向速度为零.剪切压力也能够指定剪切压力也能够指定热边界条件热边界条件几个可用类型几个可用类型一维方向或壳的热传的计算，导一维方向或壳的热传的计算，导壁面材料和厚度可以定义（细节壁面材料和厚度可以定义（细节问题将在热传导那课详细讨论）问
19、题将在热传导那课详细讨论）对湍流问题可定义壁面粗糙度对湍流问题可定义壁面粗糙度壁面的剪切应力和热传导是基于壁面的剪切应力和热传导是基于当地流场的当地流场的在壁面边界上可以指定平移和转动在壁面边界上可以指定平移和转动速度速度Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006对称和轴边界对称和轴边界对称边界对称边界用来降低计算量用来降低计算量不需要任何输入不需要任何输入流场和几何结构必须对称流场和几何结构必须对称在对称平面上法向速度为零在对称平面上法向速度为零所有法向变量的梯度为零所有法向变量的梯度为零必须小心正确地定义对称边界位置必须小心正确地定
20、义对称边界位置可以用来定义粘性流中的滑移壁面可以用来定义粘性流中的滑移壁面轴边界轴边界用于轴对称问题的中心线用于轴对称问题的中心线不需要输入不需要输入必须与必须与x轴正向相符合轴正向相符合axissymmetry planesIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006旋转周期平面周期边界周期边界用来减少网格总数用来减少网格总数流场和几何结构必须包括旋转或者流场和几何结构必须包括旋转或者平移周期平移周期转动型周期转动型周期通过周期平面的通过周期平面的 P = 0.旋转轴必须在流场区域中定义旋转轴必须在流场区域中定义平移型周期平移型周期在周
21、期平面上在周期平面上 P是有限的是有限的.模拟流动完全发展的周期条件模拟流动完全发展的周期条件定义每个周期的平均定义每个周期的平均 P 或者净质量或者净质量流率流率在在GAMBIT中中周期性边界定义是平周期性边界定义是平移的移的平移周期平面2D Tube Heat ExchangerFlowIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006单元区域流体单元区域流体流体区域是由求解控制方程时用的一系流体区域是由求解控制方程时用的一系列控制单元所组成列控制单元所组成需要选择流体材料需要选择流体材料对多组分或者多相流动来说，材料没有显对多组分或者多相
22、流动来说，材料没有显示出来。相反，流体区域由这些相混合而示出来。相反，流体区域由这些相混合而成。成。输入选项中允许定义源项输入选项中允许定义源项质量，动量，能量，自定义标量，等等。质量，动量，能量，自定义标量，等等。如果试图模拟过渡流动就将流体区域定如果试图模拟过渡流动就将流体区域定义为层流区域。义为层流区域。可以定义域为多孔介质可以定义域为多孔介质定义转动型周期流动的旋转轴定义转动型周期流动的旋转轴能够定义流体区域的运动能够定义流体区域的运动Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006多孔介质条件多孔介质条件多孔区域被当作流体区域中的特
23、殊类型多孔区域被当作流体区域中的特殊类型在流体面板上激活在流体面板上激活Porous Zone 选项选项流动中的压力损失由用户输入参数计算的阻力系数来决定流动中的压力损失由用户输入参数计算的阻力系数来决定用来定义通过多孔介质和其它具有阻力的分布式流动用来定义通过多孔介质和其它具有阻力的分布式流动For example,比如比如河床河床滤纸滤纸多孔板多孔板流量分配器流量分配器管束管束Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006单元区域固体单元区域固体固体区域是由一组专门用来计算热固体区域是由一组专门用来计算热传导问题的控制单元组成传导问题的
24、控制单元组成不求解任何流动方程不求解任何流动方程被看作固体的材料可能实际上是流被看作固体的材料可能实际上是流体，但是它被假设为没有对流发生体，但是它被假设为没有对流发生只需要在材料（固体）面板中输入只需要在材料（固体）面板中输入材料名称材料名称输入选项允许你设置测量体积生热输入选项允许你设置测量体积生热率（热源）率（热源）如果在邻近固体单元内有旋转周期如果在邻近固体单元内有旋转周期边界的话就需要定义旋转轴边界的话就需要定义旋转轴可以定义固体区域的运动可以定义固体区域的运动Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006内部表面边界内部表面边界
25、内部表面边界仅定义在单元的表面内部表面边界仅定义在单元的表面内部面的厚度为零内部面的厚度为零提供了流场性质的每一步变化提供了流场性质的每一步变化常用的物理模型包括：常用的物理模型包括：风扇风扇散热器散热器多孔跳跃模型多孔跳跃模型但多孔介质收敛性更好但多孔介质收敛性更好内部壁面内部壁面Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006总结总结区域是用来指定边界条件的区域是用来指定边界条件的大多数的边界条件允许流体进出求解域大多数的边界条件允许流体进出求解域壁面条件用来分隔流体和固体区域壁面条件用来分隔流体和固体区域周期性边界用来减少计算量周期性边界用来减少计算量内部的区域用来定义流体，固体，和多孔区域内部的区域用来定义流体，固体，和多孔区域以及热交换器模型以及热交换器模型内部面边界提供了流体属性的每一步变化内部面边界提供了流体属性的每一步变化
