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1、概况入口和出口边界条件速度边界速度分布图表湍流参数压力边界和其它壁面,对称,周期和轴对称边界内流域流体多孔介质移动区域固体内部(nib)面单元第1页/共50页第一页，共51页。概况边界条件:直接描述边界上的流动情况.求解数学方程所必须.指定进入计算( jsun)流域的通量.如，质量、动量和能量流体和固体区域以单元域来描述.材料和源项等通过单元域给定.边界和内面区域以面域来描述.边界上的数据通过面域给定.带孔板的管路流动(lidng)中面和单元域关联inletoutletwallorifice(interior)orifice_plate and orifice_plate-shadowflui
2、d第2页/共50页第二页，共51页。设置(shzh)边界条件各区域在前处理过程中划分完成为特定的域设置边界条件:DefineBoundaryConditions.在Zone列表中选择域的名称.在zonetype列表中选择边界类型点击Set.按钮进行边界条件的设置亦可在图形界面中采用鼠标右键来选择边界进行设置.在以下情况下:不清楚具体域的位置(wizhi)且首次设置；模型中含两个以上同类型的边界时。.第3页/共50页第三页，共51页。入口(rku)和出口条件描述流体流入和流出的边界条件类型:通用的压力入口压力出口不可压缩流动速度(sd)入口出流条件根据不同的物理模型需要设定不同的边界参数.指导方
3、针:有流体流入或流出的位置.有利于收敛.在边界方向避免出现过大的梯度.表示设置错误.减小边界上网格的斜度.n可压缩流动n质量流入口n压力(yl)远场条件n特殊条件n通风入口, 通风出口,进气风扇, 排气风扇第4页/共50页第四页，共51页。速度(sd)入口（velocityinlet）定义入口边界(binji)的速度向量和标量.知道入口处的详细速度分布时较好.默认条件为均匀的速度分布只适用于不可压缩流动.流动总（停滞）参数不固定.停滞参数根据速度分布的不同而变化.用于计算可压缩流动可能导致不符合物理规律的结果.应避免在接近固体障碍物的位置设定速度入口条件.导致不符合物理规律的结果,不正确的速度
4、场等问题第5页/共50页第五页，共51页。应用(yngyng)速度分布图可选择应用UDF来定义入口边界的速度分布.速度分布图可以(ky)是空间相关或者时间相关.速度分布图还可以(ky)由以下手段制作:通过其它CFD分析结果获得速度分布图创建含坐标信息和边界数据的文本文件.速度分布图的超作:DefineProfiles在入口边界条件中选择.第6页/共50页第六页，共51页。设定湍流(tunli)参数当流动为湍流条件，入口、出口、远场边界条件等需要设定湍流参数:湍流动能k湍流耗散率在实际设置时可采用以下(yxi)四种方式设定:明确地设定k和设定湍流强度和湍流尺度设定湍流强度和湍流比率设定湍流强度和
5、水力直径湍流强度和湍流尺度决定于上游条件等:涡轮的排除口Intensity=20%Lengthscale=1-10%叶片宽度孔板下游Intensity=10%Lengthscale=孔的尺寸水渠或管路中完全发展的流动Intensity=5%Lengthscale=水力直径第7页/共50页第七页，共51页。压力(yl)边界条件压力边界条件需要输入参数为表压:操作压力的输入:DefineOperatingConditions以下情况(qngkung)可用压力条件:流速未知(如重力驱动流动).出口处的自由流动.gauge pressureoperating pressurepressure leve
6、loperating pressureabsolute pressurevacuum第8页/共50页第八页，共51页。压力入口(rku)条件（pressureinlet）定义总压、温度和其它标量.超音速/初始表压:定义超音速流动的静压.对于不可压缩(ysu)流动，可用于流场的初始化.总温:对于可压缩(ysu)流动必须定义.对于不可压缩(ysu)流动，可用于定义静温度.incompressible flowscompressible flows第9页/共50页第九页，共51页。压力(yl)出口条件（pressureoutlet）(1)定义出口(chku)静压.出口(chku)处外部环境的表压.径
7、向压力平衡选项.逆向来流:在求解过程中或部分区域中出现.假设方向垂直于边界.可以减少收敛的难度.当逆流发生时，设定的静压值作为总压计算.第10页/共50页第十页，共51页。压力出口(chku)条件（pressureoutlet）(2)不可压缩流动:输入静压定义出口边界条件其它所有边界参数通过内部流动计算获得.可压缩流动:如果局部( jb)超音速，则忽略静压输入.所有边界参数通过内部流动计算获得.当入口采用压力入口，则出口必须采用压力出口.第11页/共50页第十一页，共51页。出流（outflow）条件(tiojin)除了压力参数外，流域内流出的流体在Outflow边界上流动参数的法向梯度为零.
8、FLUENT通过内部流动的计算外推.对以下情况适用:事先不知道所计算问题(wnt)的速度和压力.在出口的流动接近于充分发展条件的情况下比较合适.注:在有回流产生的情况下，采用压力出口条件代替出流条件可能更加有利于求解问题(wnt)的收敛.第12页/共50页第十二页，共51页。出流（Outflow）条件(tiojin)的限制出流条件不能应用于:可压缩流动.在采用压力入口(rku)的情况下(通常可用速度入口(rku)代替):密度会改变的非定常流动.outflow condition ill-posedoutflow condition not obeyedoutflow condition obe
9、yedoutflow condition closely obeyed第13页/共50页第十三页，共51页。模拟多出口(chku)条件应用Outflow边界条件:默认条件下，质量流平均分配.默认条件下流量权重(FRW)设为1.对于不均匀的流动分布:设定各出口的流量权重:mi=FRWi/FRWi.各出口静压根据(gnj)流动的分布不同而不同.也可以采用压力出口条件设定.pressure-inlet (p0,T0)pressure-outlet (ps)2velocity-inlet (v,T0)pressure-outlet (ps)1orFRW2velocity inletFRW1第14页/共
10、50页第十四页，共51页。其它(qt)进口和出口边界条件质量流量入口用于可压缩流动设定入口的质量流量.对于不可压缩流动是不必要的.压力(yl)远场条件在密度基于理想气体假设计算的情况下是有用的.对于无限大流场中的外流计算问题.排气风扇和通风出口ExhaustFan/OutletVent在出口处存在压力(yl)的增高或降低.进气风扇和通风入口InletVent/IntakeFan在入口处存在压力(yl)的增高或降低.第15页/共50页第十五页，共51页。固壁(b)条件包含流体和固体的表面.对于粘性流动，采用无滑移的条件:壁面上流体切向速度等于固壁速度.法向速度为0传热边界条件:温度、热量和辐射等
11、多种条件.固壁材料的传热可定义为一维的传热计算.对于湍流，固壁上的粗糙度可定义.壁面剪切速率和传热特性决定于壁面附近的流场.固壁可设定平动和旋转(xunzhun)移动.第16页/共50页第十六页，共51页。对称(duchn)边界条件减少计算流域.流场和几何结构必须对称:对称面上的法向速度为零对称面上的所有参量梯度为零对称面不需输入参数.对称面的设定需慎重.也可用于模拟粘性流动(lidng)中的滑移壁面symmetry planes第17页/共50页第十七页，共51页。周期性（Periodic）边界条件几何结构及其流动或传热具有周期性特征.减少计算流域和计算量.FLUENT里可用的两种形式.通过
12、周期面的p=0.旋转和平移周期性条件.旋转周期性条件需要区域(qy)为旋转运动.通过周期面存在一定的p.默认条件下，FLUENT设定为平移周期性条件.第18页/共50页第十八页，共51页。周期性条件(tiojin):例子computational domainStreamlines in a 2D tube heat exchangerflow directionTranslationally periodic boundaries4 tangential inletsRotationally periodic boundaries p = 0: p 0:第19页/共50页第十九页，共51页。
13、轴对称条件(tiojin)主要用于:中心轴对称网格(wn)3DO-typegrid设定:不需另外设定参数AXIS boundary第20页/共50页第二十页，共51页。单元(dnyun)域:流体流体域=需求解的各单元组合.流体参数输入.组份，相.允许设置(shzh)源项:mass,momentum,energy,etc.定义为层流可以定义为多孔渗流.设定旋转周期流动的旋转轴.定义流域的运动.第21页/共50页第二十一页，共51页。多孔介质(jizh)（PorousMedia）条件处理为特殊的流域(liy).在Fluidpanel激活.压力损失可通过输入的阻力系数确定，或由集中参数模型计算.用于
14、模拟通过多孔介质的流动或其它分布式结构的阻力.,过滤器过滤纸多孔板流体分布器管束第22页/共50页第二十二页，共51页。移动(ydng)区域单区域:旋转(xunzhun)参考系模型流动采用移动的参考坐标系描述应用上限制较多多区域:每个区域均采用不同坐标系描述:多参考坐标系模型混合面模型一个区域出口的流场参数用作相邻的下一个区域的入口条件.每个区域定义为移动网格:滑移网格模型定义分界面.网格位置需要计算，非定常动网格第23页/共50页第二十三页，共51页。单元(dnyun)域:固体固体域=需求解热传导问题的固体单元组合.不需求解流动对于材料处理，还可设定为流体(lit)，但没有对流发生.还允许输
15、入固体内的热源.可以定义固体区域的运动第24页/共50页第二十四页，共51页。内面(nimin)（InternalFace）条件定义单元面没有厚度用于分割不同区域.用于实现以下物理模型:旋转机械多孔渗水.内部(nib)的固壁第25页/共50页第二十五页，共51页。2、湍流(tunli)的模拟第26页/共50页第二十六页，共51页。各速度分量非稳定、非周期性波动mixingmatter,momentum,andenergy.把速度描述成平均量和脉动(midng)量之和:Ui(t)Ui+ui(t)压力、温度等也呈现类似波动.什么(shnme)是湍流?TimeU i (t)Uiui(t)第27页/共
16、50页第二十七页，共51页。为何采用湍流模式(msh)模拟湍流?直接数值模拟只适合于模拟简单的低雷诺数流动.作为可行的方法,改而求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS) 方程:其中(雷诺应力)时间平均湍流速度脉动通过基于经验常数和主流的信息来求解.大涡模拟LargeEddySimulation对大涡进行( jnxng)直接求解，而对小涡采用湍流模式s.第28页/共50页第二十八页，共51页。流动的基本(jbn)方程流体流动可以分为(fnwi)以下两大类：层流（Laminarflow）湍流（紊流）（Turbulentflow）从流动的机理来看都满足NavierStokes方程。第29页
17、/共50页第二十九页，共51页。NS方程(fngchng)由一个连续性方程(fngchng)和三个动量方程(fngchng)组成第30页/共50页第三十页，共51页。湍流(tunli)模型湍流(tunli)模型过滤(gul)（空间平均）平均（系综平均）LES（大涡模拟）涡黏性模型RSM模型k-模型K-模型Spalart-Allmaras 模型RSM模型第31页/共50页第三十一页，共51页。RANS模型(mxng)人们从统计平均的角度出发提出(tch)：把一个瞬态的物理量分解为一个平均量和一个脉动量之和，即。把分解后的物理量带入到原始的N-S方程中并取系综平均后，得到时均的N-S方程（即雷诺方
18、程）：第32页/共50页第三十二页，共51页。其中，为雷诺应力项。由于雷诺应力项的出现，使得(shde)方程组不封闭，无法求解。第33页/共50页第三十三页，共51页。举例(jl)（k-模型）雷诺应力湍流(tunli)黏性系数第34页/共50页第三十四页，共51页。第35页/共50页第三十五页，共51页。雷诺应力(yngl)模型RSMGenerationPressure-StrainRedistributionDissipationTurbulentDiffusion(modeled)(related to )(modeled)(computed)雷诺应力(yngl)输运方程.Pressure
19、/velocity fluctuationsTurbulenttransport第36页/共50页第三十六页，共51页。雷诺应力(yngl)模型RSMRSM依靠求解附加的雷诺应力（Reynoldsstresses）来使得雷诺平均的N-S方程（Reynolds-AveragedNavier-Stokesequations ）封闭.雷诺平均导致脉动项出现封闭方程依然需要计算耗散率的方程避免了涡年限等方性假设增加了需要模拟的方程.RSM对于(duy)复杂流动的求解具有较高的精度.考虑流线的曲折、旋涡、旋转和高应变飓风流动,旋转燃烧流动旋转通道流动,二次流第37页/共50页第三十七页，共51页。LES
20、（大涡模拟(mn)）大涡模拟(mn)的基本原理Momentum,mass,energy,andotherpassivescalarsaretransportedmostlybylargeeddies.Largeeddiesaremoreproblem-dependent.Theyaredictatedbythegeometriesandboundaryconditionsoftheflowinvolved.第38页/共50页第三十八页，共51页。Smalleddiesarelessdependentonthegeometry,tendtobemoreisotropic,andareconseq
21、uentlymoreuniversal.Thechanceoffindingauniversalturbulencemodelismuchhigherforsmalleddies.第39页/共50页第三十九页，共51页。主要步骤：1、用滤波函数(hnsh)滤波，把小尺度涡过滤掉。2、对小尺度的涡建模（即建立亚格子模型）第40页/共50页第四十页，共51页。对原始(yunsh)的NS方程进行过滤之后，得到如下的亚格子应力项：此时需要对上面的亚格子应力项进行建模，使其可以表示为滤波之后物理量的表达式。第41页/共50页第四十一页，共51页。湍流(tunli)黏性系数表达式：第42页/共50页第四十
22、二页，共51页。Example: Channel Flow with Conjugate Heat Transferadiabatic wallcold airV = 50 fpmT = 0 Fconstant temperature wall T = 100 Finsulation1 ft1 ft10 ftPPredict the temperature at point P in the solid insulation第43页/共50页第四十三页，共51页。TurbulenceModelingApproachCheckifturbulentReDh=5,980Developingturb
23、ulentflowatrelativelylowReynoldsnumberandBLsonwallswillgivepressuregradientuseRNGk-withnonequilibriumwallfunctions.DevelopstrategyforthegridSimplegeometryquadrilateralcellsExpectlargegradientsinnormaldirectiontohorizontalwallsfinemeshnearwallswithfirstcellinlog-lawregion.Varystreamwisegridspacingsot
24、hatBLgrowthiscaptured.Usesolution-basedgridadaptiontofurtherresolvetemperaturegradients.第44页/共50页第四十四页，共51页。VelocitycontoursTemperaturecontoursBLs on upper & lower surfaces accelerate the core flowPredictionofMomentum&ThermalBoundaryLayersImportant that thermal BL was accurately resolved as wellP第45
25、页/共50页第四十五页，共51页。Example:FlowAroundaCylinderwallwall1 ft2 ft2 ft airV = 4 fpsCompute drag coefficient of the cylinder5 ft14.5 ft第46页/共50页第四十六页，共51页。CheckifturbulentReD=24,600Flowoveranobject,unsteadyvortexsheddingisexpected,difficulttopredictseparationondownstreamside,andcloseproximityofsidewallsmay
26、influenceflowaroundcylinderuseRNGk-with2-layerzonalmodel.DevelopstrategyforthegridSimplegeometry&BLsquadrilateralcells.Largegradientsnearsurfaceofcylinder&2-layermodelfinemeshnearsurface&firstcellaty+=1.TurbulenceModelingApproach第47页/共50页第四十七页，共51页。GridforFlowOveraCylinder第48页/共50页第四十八页，共51页。Predict
27、ionofTurbulentVortexSheddingContours of effective viscosity eff = + tCD = 0.53 Strouhal Number = 0.297where第49页/共50页第四十九页，共51页。感谢您的观赏(gunshng)！第50页/共50页第五十页，共51页。内容(nirng)总结概 况。湍流强度和湍流尺度决定于上游条件等:。在求解过程中或部分区域中出现.。各出口静压根据流动的分布不同而不同.。壁面剪切速率和传热特性决定于壁面附近的流场.。旋转周期性条件需要区域为旋转运动.。直接数值模拟只适合(shh)于模拟简单的低雷诺数流动.。考虑流线的曲折、旋涡、旋转和高应变。主要步骤： 1、用滤波函数滤波，把小尺度涡过滤掉。第49页/共50页。感谢您的观赏第五十一页，共51页。
