FLUENT中文全教程（下） .pdf

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1、第三章 读写文件 在使用 FLUENT 时你需要输入和输出几种类型的文件，其中读入的文件包括 grid, case, data, profile, Scheme,以及 journal 文件， 还有包括包含 case, data, profile, journal,以及 transcript 的文件。 FLUENT 也可以保存面板的布局以及图形窗口的硬拷贝。使用各种可视化以及后 处理工具可以输出数据。下面详细介绍一下上述内容。 FLUENT 读写的文件 表一列出了 FLUENT 所能读写的文件。关于各种文件的使用，哪一代码写哪一类型的 文件，每一类型的文件的更多信息都可以参阅这个表。(注意：下表

2、中的一些文件格式并不 是 FLUENT 的格式，但是当它们被读入的时候格式会被自动转换) 表一：FLUENT 读写的文件 文件类型 创建文件的程序 使用该文件的程序 Grid GAMBIT, TGrid GeoMesh, preBFC FLUENT Third-Party Grid ANSYS, PATRAN, I-DEAS, NASTRAN, etc. FLUENT Case FLUENT FLUENT Data FLUENT FLUENT FLUENT/UNS Case FLUENT/UNS 3 or 4 FLUENT FLUENT/UNS Data FLUENT/UNS 4 FLUENT

3、 RAMPANT Case RAMPANT 2, 3, or 4 FLUENT RAMPANT Data RAMPANT 4 FLUENT FLUENT 4 Case FLUENT 4 FLUENT FIDAP 7 Neutral FIDAP 7 FLUENT Ray FLUENT FLUENT PDF prePDF FLUENT Journal FLUENT FLUENT Transcript FLUENT user Hardcopy FLUENT assorted Plot FLUENT FLUENT Profile user, FLUENT FLUENT Data Export FLUE

4、NT Other codes Scheme user FLUENT 读写文件的捷径 FLUENT 有几个功能使得读写文件很方便，它们分别为：自动添加和检测文件的后缀； 二进制文件的读写； 文件格式的自动检测 （文本文件和二进制文件） ； 压缩文件的读写； Tilde expansion；文件自动编号；使文件覆盖确认的提示失效；默认文件后缀；二进制文件；检 测文件格式 FLUENT 读写的各种类型文件都有默认的后缀(见表一中的 FLUENT 读写的文件)。对 于某些常用文件，解算器会自动添加或者检测适当的后缀，比如写一个 case 文件只需要写 出文件名 myfile 之后，FLUENT 会自动

5、添加文件名为 myfile.cas，对于 PDF 文件和 ray 文件 也一样。 二进制文件 对于 case, data, 或者 ray 文件，FLUENT 会默认存为二进制文件。二进制文件比文本文 件占有更少的空间，而且读写更快。但是需要注意的是，你无法阅读和编辑二进制文件，但 可以阅读和编辑文本文件。 如果你要保存文本文件， 你只需要在写文件的时候在文件选择对 话框中关掉二进制文件选项。 FLUENT 可以读入不同平台下的二进制文件， 但是其它软件如 TGrid 不能。 如果你需要 在不同平台上将一个 case 文件读入 TGrid，你应该在 FLUENT 中保存为文本文件 检测文件格式

6、读入 case, data, grid, PDF, 或者 ray 文件， 解算器会自动检测它是二进制文件还是文本文 件 读写压缩文件 读压缩文件 在选择文件对话框中可以读入压缩文件。如果压缩文件扩展名是.Z，FLUENT 会自动激 活 zcat 来读入文件数据，如果文件扩展名是.gz 解算器会自动激活 gunzip 来读入文件数据。 比如： 文件名为 flow.msh.gz， 解算器会自动报告如下消息： Reading “| gunzip -c flow.msh.gz“. 这表明读入的文件经过了一个操作系统的通道。 你也可以只键入文件名而不加任何后缀（比如：你不能确定文件是否为压缩文件） 。首

7、 先，解算器尝试以所输入的名字打开文件，如果找不到那个名字的文件，它将尝试缺省的后 缀和扩展名来搜索文件。比如：你键入了 file-name 为文件名，解算器将进行如下步骤直到 找到一个文件： ? Name ? name.gz ? name.Z ? name.suffix ? name.suffix.gz ? name.suffix.Z 其中 suffix 是一个文件的常用扩展名，比如.cas 或者 msh，如果还是找不到文件，解算 器将会返回一个错误报告。对于 Windows NT 系统，只有 gzip 压缩的文件可以读入(也就是 文件的扩展名为.gz)。由 compress 压缩的文件在

8、Windows NT 系统是无法读入到 FLUENT 中的。注意：不要读压缩 ray 文件，FLUENT 无法正确读入。 写压缩文件 在选择文件对话框，可以通过加入扩展名 Z 或者 gz 写压缩文件。例如：你输入 flow.gz 作为 case 文件名，解算器会报告如下信息：Writing “| gzip -cfv flow.cas.gz“.。状态信息表 明 case 文件信息被 gzip 压缩，在这个特例中，cas 扩展名是自动加上的。Windows NT 系统 的 FLUENT 文件只能被 gzip 压缩，如果是加.Z 扩展名就不会有文件的压缩了。不要写 ray 文件的压缩，FLUENT

9、将无法正确进入 Tilde Expansion (只用于 UNIX 系统) 在 UNIX 系统中，如果你指定“/”作为文件名的头两个字符串， “”会展开作为你的 父目录。相似地，你也可以使用文件名username/，username 将会展开到“username“的父目 录。如果你指定/file 作为所要写入的 case 文件，FLUENT 会将文件 file.cas 保存在你的父 目录中。你也可以指定一个父目录的分目录，如果你输入/cases/file.cas，FLUENT 会在分 目录中保存文件 file.cas。 文件的自动编号 在文件名中你可以包括几个特殊的字符串， 这样你就可以在各种

10、参数的基础上为文件快 捷的计数。 （这些参数包括：迭代步，时间步，或者迄今为止所保存文件的总数。 ）这样你就 不必每次输入一个文件名了。 ? 对于非定常流，你可以用反映时间步的名字来保存文件，相应的字符串为“%t” 。例如： 文件名 contours-%t.ps 会告诉解算器在适当的时刻保存文件， 比如 contours-0001.ps 表示 第一步保存的文件。 ? 反映迭代步的符号为“%i” ，例如：文件名 contours-%i.ps 表示在适当的迭代步中保存 文件，contours-0010.ps 表示第十次迭代是保存的文件 ? 要保存硬拷贝文件来反映硬拷贝文件在当前进程中迄今为止所保存

11、的总数， 使用的字符 串为“%” 。 下面的选项只用于硬拷贝文件 注意：使用上述方法保存文件时，FLUENT 系统不会提示你是否覆盖已经存在的同名 文件。比方说，你重复使用文件名 myfile-%t.ps 来保存反映当前时间步的硬拷贝文件，如果 你在第一个时间步中已经保存了文件 myfile-0001.ps，然后你又重新启动了计算并在第一个 时间步中保存了另一个硬拷贝文件，解算器就会不检查先前的文件 myfile-0001.ps 而直接将 它覆盖掉。 取消覆盖证实提示 作为默认设置，如果你要 FLUENT 写的文件名与原来已有的文件名相同，它会提示你 是否覆盖原文件，如果你不想要解算器在覆盖文

12、件时出现这个提示信息你可以选择 file/confirm-overwrite/text 命令，并回答 no。 网格文件的读入 网格文件是由 GAMBIT, TGrid, GeoMesh,和 preBFC 或者第三方 CAD 软件包生成的。 从 Fluent 的角度来看， 网格文件只是 case 文件的子集。 网格文件包含所有节点的坐标系以及节 点之间的连通性信息， 连通性信息告诉我们节点如何与其它的面或单元连接和面的区域类型 和数量(比如 wall-1, pressure-inlet-5, symmetry-2)。网格文件不包括任何边界条件，流动参数 或者解的参数。关于网格的详细信息请参阅网格

13、操作一章 内部网格文件（文件已经保存为 FLUENT 格式）使用 File/Read/Case.菜单。GAMBIT, TGrid, GeoMesh,和preBFC能够写内部网格文件。 读入这些文件的更多信息请参阅： GAMBIT 网格文件，GeoMesh 网格文件，TGrid 网格文件以及 preBFC 网格文件。 下面分别介绍： 读入 TGrid 网格文件 读入 GAMBIT 和 GeoMesh 网格文件 读入 preBFC 非结构网格文件 读入 preBFC 结构网格文件 读入 ANSYS 文件 读入 I-DEAS Universal 文件 读入 NASTRAN 文件 读入 PATRAN

14、Neutral 文件 读入 an Unpartitioned Grid File Through the Partition Filter 读入新的网格文件 读入 TGrid 网格文件 TGrid 与 FLUENT 有相同的文件格式，所以可在 FLUENT 的 File/Read/Case.菜单中读 入它的文件，TGrid 文件的详细信息请参阅 TGrid 网格文件一节。 读入 GAMBIT and GeoMesh Mesh 文件 如果你用GAMBIT或者GeoMesh创建FLUENT 5, FLUENT/UNS,或者RAMPANT网格， 你可以用 FLUENT 中的 File/Read/Ca

15、se.菜单读入，点击 File/Read/Case.，选择 Case.菜单 就激活了选择文件对话框，在对话框中指定要读入的文件名。 读入 preBFC 非结构网格 因为 preBFC 的非结构网格和 FLUENT 格式一样，读入菜单 File/Read/Case.。注意： 必须使用 MESH-RAMPANT/TGRI 命令保存文件 读入 preBFC 结构网格，菜单：File/Import/preBFC Structured Mesh.。点击弹出选择文件对话 框，选择文件之后便可以读入网格信息和区域类型 读入 ANSYS 文件，菜单 File/Import/ANSYS.，点击进入，方法同上。

16、读入 I-DEAS Universal 文件，菜单 File/Import/IDEAS Universal.点击进入，方法同上 读入 NASTRAN 文件，菜单 File/Import/NASTRAN.点击进入，方法同上 读入 PATRAN Neutral 文件，菜单 File/Import/PATRAN.点击进入，方法同上 通过划分转换器度入未划分的网格文件 要用 METIS 划分器来划分网格，然后将网格读入到 Fluent，请使用菜单： File/Import/Partition/Metis.。注意：这个菜单只能在并行 FLUENT 中使用。 读入新的网格文件 用特定网格设定完 case

17、文件之后，你可以将新网格与已知边界条件，材料属性，解参 数等结合。 这一功能一般用于产生比正在使用更好的网格， 此时你不用重新输入所有的边界 条件，材料属性和参数。只要新网格和原来的网格有相同的区域结构即可 新旧网格应该具有同一区域，并具有相同的顺序，否则会有警告出现，因为相容性可能会造 成边界条件的问题。在文本界面使用 file/reread-grid 命令读入新网格 Case 和 Data 文件的读写 FLUENT 仿真的新信息保存在两个文件中：case 文件和 data 文件，下面将会介绍文件 读写的命令以及设定时间间隔自动存储文件。 FLUENT 既可以读入文本文件也可以读入二进制文件

18、，二进制文件的读写速度和存储 速度要快一些。 在选择文件对话框中点击写二进制文件按钮可以选择写二进制文件还是文本 文件。除此之外你还可以用压缩格式读写文本文件和二进制文件。读文件的时候 FLUENT 会自动检测文件类型。 在进行网格适应的时候必须保存新的 case 文件和 data 文件，否则新的 data 据文件将和 case 文件不符。如果你不保存一个更新的 case 或 data 文件，FLUENT 会给出警告。 读写 Case 文件 Case 包括网格，边界条件，解的参数，用户界面和图形环境。有关 Case 文件的格式请 参阅相关内容。读入 case 文件的命令也可用于读入内部格式的网

19、格文件，因为网格信息是 case 信息的子集。也可以用菜单 File/Read/Case.读写 case 文件。 默认后缀 为了方便 case 文件名后缀为.cas。读写文件时 FLUENT 会自动加上相应后缀。 读写 data 文件 Data 文件包含每个网格单元的流动值以及收敛的历史纪录（残数值） 。具体格式参阅相 关内容。菜单 File/Read/Data读入网格文件，菜单 File/Write/Data写入网格文件 默认后缀 为了方便 data 默认后缀为.dat。在读写文件是 FLUENT 会自动添加后缀 Case 和 Data 文件一起读写 Case 文件和 data 文件包含了重

20、新启动解的所有信息，Case 文件包含了网格、边界条件 以及解的参数，Data 文件包含了流场的数值以及收敛的历史（残数值） 。 点击菜单 File/Read/Case type C to interrupt. Connected region count = 4 要获取更多的划分信息，你可以画出网格划分的等值线，如对分方法 5 的 Figures 1 所 示。在等值线面板的下拉菜单的 Cell Info.中关闭节点值的显示，选择单元划分。(关于等值 线的显示请参阅画等值线与轮廓一节。) 使用划分转换器 运行并行 FLUENT 时，你可以通过划分转换器直接读入未划分的网格。菜单为： File/

21、Import/Partition/Metis.。FLUENT 会使用过滤器划分网格，然后将划分后的网格读入到 解算器中， 划分的数量等于处理器的数量。 然后你就可以处理模型定义和解法的定义。 注意： 这种直接读入的方法要求主机有足够的内存来运行特定网格的转换器。如果没有足够的内 存， 你需要在有足够内存的机器上运行划分网格转换器。 当然也可以在具有足够内存的机器 上用转换器划分网格然后，然后将网格读入到主机中。在转换器中，手动划分网格请输入如 下命令：tfilter partition input-filename partition-count output-filename。其中，part

22、ition-count 为所需划分的数量。然后将划分后的网格读入到解算器中进行模型的定义和解法的设置。 METIS 为默认的划分器，它会产生高质量的划分网格。METIS 是由 Minnesota 大学和 Army HPC 研究中心的 Karypis 与 Kumar 开发的划分不规则图形的软件包。 它使用多级方法， 该方法将高质量图形的顶点和边缘接合形成粗糙图形， 然后将粗糙图形划分， 再然后去粗糙 化为精细图形。在粗糙化和去粗糙化过程中，算法允许产生高质量的划分。有关 METIS 的 详细信息可以参阅相关手册79。 边界条件 定义边界条件概述 边界条件包括流动变量和热变量在边界处的值。 它是

23、FLUENT 分析得很关键的一部分， 设定边界条件必须小心谨慎。 边界条件的分类：进出口边界条件：压力、速度、质量进口、进风口、进气扇、压力出 口、压力远场边界条件、质量出口、通风口、排气扇；壁面、repeating, and pole boundaries: 壁面，对称，周期，轴；内部单元区域：流体、固体(多孔是一种流动区域类型) ；内部表 面边界：风扇、散热器、多孔跳跃、壁面、内部。(内部表面边界条件定义在单元表面，这 意味着它们没有有限厚度， 并提供了流场性质的每一步的变化。 这些边界条件用来补充描述 排气扇、细孔薄膜以及散热器的物理模型。内部表面区域的内部类型不需要你输入任何东 西。)

24、 下面一节将详细介绍上面所叙述边界条件， 并详细介绍了它们的设定方法以及设定的具 体合适条件。 周期性边界条件在本章中介绍， 模拟完全发展的周期性流动将在周期性流动和 热传导一章中介绍。 使用边界条件面板 边界条件(Figure 1)对于特定边界允许你改变边界条件区域类型， 并且打开其他的面板以 设定每一区域的边界条件参数 菜单：Define/Boundary Conditions. Figure 1: 边界条件面板 改变边界区域类型 设定任何边界条件之前， 必须检查所有边界区域的区域类型， 如有必要就作适当的修改。 比方说：如果你的网格是压力入口，但是你想要使用速度入口，你就要把压力入口改为

25、速度 入口之后再设定。 改变类型的步骤如下：: 1.在区域下拉列表中选定所要修改的区域 2.在类型列表中选择正确的区域类型 3.当问题提示菜单出现时，点击确认 确认改变之后，区域类型将会改变，名字也将自动改变 (如果初始名字时缺省的请参阅 边界条件区域名字一节),设定区域边界条件的面板也将自动打开。 ！注意：这个方法不能用于改变周期性类型，因为该边界类型已经存在了附加限制。创 建边界条件一节解释了如何创建和分开周期性区域。 需要注意的是， 只能在图一中每一个类 别中改变边界类型(注意：双边区域表面是分离的不同单元区域.) Figure 1: 区域类型的分类列表 设定边界条件 在 FLUENT

26、中，边界条件和区域有关而与个别表面或者单元无关。如果要结合具有相 同边界条件的两个或更多区域请参阅合并区域一节。 设定每一特定区域的边界条件，请遵循下面的步骤： 1.在边界条件区域的下拉列表中选择区域。2. 点击 Set.按钮。 或者， 1.在区域下拉列表 中选择区域。 2.在类型列表中点击所要选择的类型。 或者在区域列表中双击所需区域.， 选择边界条件 区域将会打开，并且你可以指定适当的边界条件 在图像显示方面选择边界区域 在边界条件中不论你合适需要选择区域， 你都能用鼠标在图形窗口选择适当的区域。 如 果你是第一次设定问题这一功能尤其有用， 如果你有两个或者更多的具有相同类型的区域而 且你

27、想要确定区域的标号（也就是画出哪一区域是哪个）这一功能也很有用。要使用该功能 请按下述步骤做： 1.用网格显示面板显示网格。2.用鼠标指针（默认是鼠标右键参阅控制鼠标键函数 以改变鼠标键的功能） 在图形窗口中点击边界区域。 在图形显示中选择的区域将会自动被选 入在边界条件面板中的区域列表中，它的名字和编号也会自动在控制窗口中显示 改变边界条件名字 每一边界的名字是它的类型加标号数 （比如 pressure-inlet-7） 。 在某些情况下你可能想要 对边界区域分配更多的描述名。如果你有两个压力入口区域，比方说，你可能想重名名它们 为 small-inlet 和 large-inlet。(改变

28、边界的名字不会改变相应的类型) 重名名区域，遵循如下步骤： 1. 在边界条件的区域下拉列表选择所要重名名的区域。 2. 点击 Set.打开所选区域的面板。3.在区域名字中输入新的名字 4.点击 OK 按钮。 注意：如果你指定区域的新名字然后改变它的类型，你所改的名字将会被保留，如果区域名 字是类型加标号，名字将会自动改变。 边界条件的非一致输入 每一类型的边界区域的大多数条件定义为轮廓函数而不是常值。 你可以使用外部产生的 边界轮廓文件的轮廓，或者用自定义函数(UDF)来创建。具体情况清参阅相关内容 流动入口和出口 FLUENT 有很多的边界条件允许流动进入或者流出解域。下面一节描述了每一种边

29、界 条件的类型的使用以及所需要的信息， 这样就帮助你适当的选择边界条件。 下面还提供了湍 流参数的入口值的确定方法。 使用流动边界条件 下面对流动边界条件的使用作一概述 对于流动的出入口，FLUENT 提供了十种边界单元类型：速度入口、压力入口、质量 入口、压力出口、压力远场、质量出口，进风口，进气扇，出风口以及排气扇。 下面是 FLUENT 中的进出口边界条件选项： ? 速度入口边界条件用于定义流动入口边界的速度和标量 ? 压力入口边界条件用来定义流动入口边界的总压和其它标量。 ? 质量流动入口边界条件用于可压流规定入口的质量流速。 在不可压流中不必指定入口的 质量流，因为当密度是常数时，速

30、度入口边界条件就确定了质量流条件。 ? 压力出口边界条件用于定义流动出口的静压（在回流中还包括其它的标量） 。当出现回 流时，使用压力出口边界条件来代替质量出口条件常常有更好的收敛速度。 ? 压力远场条件用于模拟无穷远处的自由可压流动， 该流动的自由流马赫数以及静态条件 已经指定了。这一边界类型只用于可压流。 ? 质量出口边界条件用于在解决流动问题之前， 所模拟的流动出口的流速和压力的详细情 况还未知的情况。 在流动出口是完全发展的时候这一条件是适合的， 这是因为质量出口 边界条件假定出了压力之外的所有流动变量正法向梯度为零。 对于可压流计算， 这一条 件是不适合的。 ? 进风口边界条件用于模

31、拟具有指定的损失系数，流动方向以及周围（入口）环境总压和 总温的进风口。 ? 进气扇边界条件用于模拟外部进气扇，它具有指定的压力跳跃，流动方向以及周围（进 口）总压和总温。 ? 通风口边界条件用于模拟通风口，它具有指定的损失系数以及周围环境（排放处）的静 压和静温。 ? 排气扇边界条件用于模拟外部排气扇，它具有指定的压力跳跃以及周围环境（排放处） 的静压。 决定湍流参数 在入口、出口或远场边界流入流域的流动，FLUENT 需要指定输运标量的值。本节描 述了对于特定模型需要哪些量， 并且该如何指定它们。 也为确定流入边界值最为合适的方法 提供了指导方针。 使用轮廓指定湍流参量 在入口处要准确的描

32、述边界层和完全发展的湍流流动， 你应该通过实验数据和经验公式 创建边界轮廓文件来完美的设定湍流量。 如果你有轮廓的分析描述而不是数据点， 你也可以 用这个分析描述来创建边界轮廓文件， 或者创建用户自定义函数来提供入口边界的信息。 一 旦你创建了轮廓函数，你就可以使用如下的方法： ? Spalart-Allmaras 模型：在湍流指定方法下拉菜单中指定湍流粘性比，并在在湍流粘性 比之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。通过将 m_t/m 和密度与分子粘性的适当结合， FLUENT 为修改后的湍流粘性计算边界值。 ? k-e 模型：在湍流指定方法下拉菜单中选择 K 和 Epsilon 并在湍动能（Tu

33、rb. Kinetic Energy） 和湍流扩散速度 （Turb. Dissipation Rate） 之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。 ? 雷诺应力模型： 在湍流指定方法下拉菜单中选择 K 和 Epsilon 并在湍动能 （Turb. Kinetic Energy） 和湍流扩散速度 （Turb. Dissipation Rate） 之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。 在湍流指定方法下拉菜单中选择雷诺应力部分， 并在每一个单独的雷诺应力部分之后的 下拉菜单中选择适当的轮廓名。 湍流量的统一说明 在某些情况下流动流入开始时， 将边界处的所有湍流量指定为统一值是适当的。 比如说， 在进入管道的

34、流体，远场边界，甚至完全发展的管流中，湍流量的精确轮廓是未知的。 在大多数湍流流动中，湍流的更高层次产生于边界层而不是流动边界进入流域的地方， 因此这就导致了计算结果对流入边界值相对来说不敏感。 然而必须注意的是要保证边界值不 是非物理边界。 非物理边界会导致你的解不准确或者不收敛。 对于外部流来说这一特点尤其 突出，如果自由流的有效粘性系数具有非物理性的大值，边界层就会找不到了。 你可以在使用轮廓指定湍流量一节中描述的湍流指定方法，来输入同一数值取代轮廓。 你也可以选择用更为方便的量来指定湍流量，如湍流强度，湍流粘性比，水力直径以及湍流 特征尺度，下面将会对这些内容作一详细叙述。 湍流强度

35、I 定义为相对于平均速度 u_avg 的脉动速度 u的均方根。 小于或等于 1%的湍流强度通常被认为低强度湍流，大于 10%被认为是高强度湍流。从 外界，测量数据的入口边界，你可以很好的估计湍流强度。例如：如果你模拟风洞试验，自 由流的湍流强度通常可以从风洞指标中得到。 在现代低湍流风洞中自由流湍流强度通常低到 0.05%。. 对于内部流动， 入口的湍流强度完全依赖于上游流动的历史， 如果上游流动没有完全发 展或者没有被扰动，你就可以使用低湍流强度。如果流动完全发展，湍流强度可能就达到了 百分之几。完全发展的管流的核心的湍流强度可以用下面的经验公式计算： () 81 Re16. 0 H D a

36、vg u u I 例如，在雷诺数为 50000 是湍流强度为 4% 湍流尺度 l 是和携带湍流能量的大涡的尺度有关的物理量。在完全发展的管流中，l 被 管道的尺寸所限制， 因为大涡不能大于管道的尺寸。 L 和管的物理尺寸之间的计算关系如下： Ll07. 0= 其中 L 为管道的相关尺寸。因子 0.07 是基于完全发展湍流流动混合长度的最大值的，对于 非圆形截面的管道，你可以用水力学直径取代 L。 如果湍流的产生是由于管道中的障碍物等特征，你最好用该特征长度作为湍流长度 L 而不是用管道尺寸。 注意： 公式Ll07. 0=并不是适用于所有的情况。 它只是在大多数情况下得很好的近似。 对于特定流动

37、，选择 L 和 l 的原则如下： ? 对于完全发展的内部流动， 选择强度和水力学直径指定方法， 并在水力学直径流场中指 定 L=D_H。 ? 对于旋转叶片的下游流动，穿孔圆盘等，选择强度和水力学直径指定方法，并在水力学 直径流场中指定流动的特征长度为 L ? 对于壁面限制的流动， 入口流动包含了湍流边界层。 选择湍流强度和长度尺度方法并使 用边界层厚度 d_99 来计算湍流长度尺度 l， 在湍流长度尺度流场中输入 l=0.4 d_99 这个 值 湍流粘性比 m_t/m 直接与湍流雷诺数成比例(Re_t ?k2/(e n)。Re_t 在高湍流数的边界 层，剪切层和完全发展的管流中是较大的(100

38、 到 1000)。然而，在大多数外流的自由流边界 层中 m_t/m 相当的小。湍流参数的典型设定为 1 70 90) 根据上述数据， 在光滑区域内粗糙度的影响可以忽略， 但是在过渡区域就越来越重要了， 在完全粗糙区域具有完全的影响。 在 FLUENT 中，整个粗糙区域分为三个区域。粗糙函数B的计算源于 Nikuradses 数 据27基础上的由 Cebeci 和 Bradshaw 提出的公式： 对于液体动力光滑区域(K_s+ 90)： () + += sK KCB s 1ln 1 在解算器中，给定粗糙参数之后，粗糙函数B(K_s+)用相应的公式计算出来。方程 1 中的修改之后的壁面定律被用于估

39、计壁面处的剪应力以及其它的对于平均温度和湍流量的 壁面函数。 要模拟壁面粗糙的影响，你必须指定两个参数：粗糙高度 K_s 和粗糙常数 C_K_s。默认的 粗糙高度为零，这符合光滑壁面。对于产生影响的粗糙度，你必须指定非零的 K_s。对于同 沙粒粗糙情况，沙粒的高度可以简单的被看作 K_s。然而，对于非同一沙粒平均直径(D_50) 应该是最有意义的粗糙高度。 对于其它类型的粗糙情况， 需要用同等意义上的沙粒粗糙高度 K_s。 适当的粗糙常数(C_K_s)主要由给定的粗糙情况决定。默认的粗糙常数(C_K_s = 0.5)是用来 满足在使用 k-e 湍流模型时，它可以在具有同一沙粒粗糙的充满流体的管

40、中再现 Nikuradses 阻力数据。当你模拟和同一沙粒粗糙不同的情况时，你就需要调解粗糙常数了。例如，有些 实验数据表明， 对于非同一沙粒、 肋和铁丝网， 粗糙常数(C_K_s = 0.5 1.0)具有更高的值。 不幸的是，对于任意类型的粗糙情况还没有一个清楚的选择粗糙常数 C_K_s 的指导方针。 需要注意的是， 要求邻近壁面单元应该小于粗糙高度并不是物理意义上的问题。 对于最好的 结果来说，要保证从壁面到质心的距离要比 K_s 大。 定义壁面的组分边界条件 FLUENT 默认所有的组分在壁面处具有零梯度条件（除了参加表面化学反应的组分） ，但是 可以指定壁面处的组分质量分数。也就是如同

41、在入口处指定的 Dirichlet 边界条件，也可以 用于壁面。 如果你希望保留默认的零梯度条件， 你就不必输入任何东西了。 如果你希望指定壁面处的组 分质量分数，步骤如下： 1. 在壁面面板的组分边界条件中， 选择组分名字右边的下拉列表指定的质量分数 （而不是 零梯度） ，此时面板会扩展为包含组分质量分数的对话框。 Figure 1: 组分边界条件输入的壁面面板 2. 输入相应的组分质量分数。 每一组分的边界条件类型是分别指定的，所以对于不同的组分你可以采用不同的方法。 注意：如果在湍流流动中你使用组分的 Dirichle 条件，FLUENT 就不会是用壁面函数来计算 壁面处的组分扩散流量。

42、 定义壁面的反应边界条件 如果你在组分模型面板中激活了表面反应的模拟， 你就可以表明在壁面处表面反应是否被激 活。激活或关闭表面反应，壁面面板就会相应地打开或关闭表面反应选项。 注意：组分在壁面处是假定为零梯度条件的，它不参加任何表面反应。 定义壁面的辐射边界条件 如果你打算使用 P-1 辐射模型、DTRM 或者 DO 模型，你就需要设定壁面的（内部）发 散率以及（可选）黑体温度。详情请参阅设定边界条件一节(Rosseland 不需要任何边界条件 的输入，因为 FLUENT 假定发射率为 1，如果你使用 DO 模型你也要定义壁面为漫反射、镜 面反射或者半透明，详情请参阅设定辐射边界条件) 定义

43、壁面的离散相边界条件 如果你是在模拟粒子的离散相， 你就可以在壁面处设定粒子轨道详情请参阅离散向模型 的边界设定。 壁面边界的默认设定 默认热边界条件为固定的热流为零，壁面默认为不移动。 壁面处的剪应力计算程序 对于非滑移壁面条件，FLUENT 使用邻近壁面或者流体边界的流动性质来预测壁面处流体 的剪应力。在层流流动制，这一计算简单地依赖于壁面处的速度梯度，在湍流流动中则使用 壁面限制湍流流动的近壁面处理方法。 对于指定剪切的壁面， FLUENT 会在边界处计算切向速度。 如果是无粘流动， 所有的壁面都使用滑移条件， 所以它们是无摩擦的而且对邻近流体单元不 施加剪应力。 层流中的剪应力计算 在

44、层流流动中壁面剪应力和法向速度梯度的关系为： n v w = 当壁面处的速度梯度很大时，你必须保证网格足够精细，这样才能解出边界层的精确结果。 层流流动中近壁面节点放置的指导方针在节点密度和节点束中介绍。 湍流中的剪应力计算 湍流流动的壁面处理，在壁面限制的湍流流动的近壁面处理一节中叙述。 壁面边界的热传导计算 温度边界条件 当在壁面处应用固定温度条件，从流体单元到壁面的热传导，由下式计算： () radfwf qTThq += 其中： h_f =流体边界当地热传导系数 T_w =壁面表面温度 T_f =当地流体温度 q“=壁面处传来的对流热流量 q“_rad=辐射热流量 注意：流体边界热传导

45、系数是基于当地流场条件计算得来的（比如说湍流层次、温度以及速 度轮廓） ，请参阅流体边界热传导计算一节的方程 1，以及标准壁面函数 9。 从固体单元到壁面边界的热传导公式为： () radsw n qTT n k q + = 其中： k_s =固体的热传导率 T_s =当地固体温度 D n =壁面表面和固体单元中心的距离。 热流边界条件 当你在壁面处定义热流边界条件时，你需要在壁面表面指定热流量。FLUENT 使用温度边 界条件中的方程 1，然后你就可以输入热流量来确定邻近流体单元的壁面表面温度： f f rad w T h qq T+ = 其中， 流体边界热传导系数已经在温度边界条件中叙述了

46、， 它是基于当地流场条件计算得到 的。当壁面和固体区域交界时，壁面表面的温度为： () s n rad w T k nqq T+ = 上述两式的变量请参阅温度边界条件一节。 对流热传导边界条件 当你在壁面处指定对流热传导系数作为边界条件时，FLUENT 使用你所输入的外部热传导 系数以及外部热沉（heat sink）温度来计算到壁面的热流量： ()() wextextradswf TThqTThq= += 其中： h_ext =你所定义的外部热传导系数 T_ext =你所定义的外部热沉温度 q“_rad =辐射热流量 上述方程假定壁面零厚度。 外部辐射边界条件 当使用外部辐射条件时，流入壁面的

47、热流量为： ()() 44 westradswf TTqTThq= += 其中： e_ext=你所定义的外部壁面表面的发射率 s=Stefan-Boltzmann 常数 T_w =壁面的表面温度 T_?=区域外部的温度的辐射源或者消失（sink）处 q“_rad=从内部去向壁面辐射的热流量 Equation 1 假定壁面厚度为零。 外部对流和辐射结合的边界条件 当你选择组合的外部热传导方程条件时，到壁面的热流量为： ()()() 44 wextwextestradfwf TTTThqTThq+= += 其中的变量已经在对流热传导边界条件和外部辐射边界条件中定义了。Equation 1 假定壁面

48、 厚度为零。 流动边界热传导系数的计算 在层流流动中， 壁面处流体边界热传导是用应用于壁面的 Fourier 定律计算得到的， FLUENT 使用它的离散格式为： wall f n T kq = 其中 n 是垂直于壁面的当地坐标。 对于湍流流动，FLUENT 对于从热和动量迁移中类比得到的温度使用壁面定律93。详细内 容请参阅标准壁面函数。 对称边界条件 对称边界条件用于所计算的物理外形以及所期望的流动/热解具有镜像对称的特征的情况 中。也可以用它们来模拟粘性流动的滑移壁面。本节描述了对称平面内流动的处理，并提供 了一些使用对称边界的例子。 在对称边界条件中你不需要定义任何边界条件， 但是你必

49、须谨 慎地定义对称边界的位置。 在对称外形的中线处， 你应该使用轴边界类型而不是对称边界类型， 如轴边界条件一节中的 的图 1，详细内容请参阅轴边界条件。 对称边界的计算程序 FLUENT 假定所有量通过对称边界的流量为零。经过对称平面的对流流量为零，因此对称 边界的法向速度为零。 通过对称平面没有扩散流量： 因此所有流动变量的法向梯度在对称平 面内为零。因此对称边界条件可以总结如下： ? 对称平面内法向速度为零 ? 对称平面内所有变量的法向梯度为零 如上所述， 对称的定义要求这些条件决定流过对称平面的流量为零。 因为对称边界的剪应力 为零，所以在粘性流动计算中它也可以用滑移壁面来解释。 对称边界的例子 对称边界用于减少计算模拟的范围， 它只需要模拟所有物理系统的一个对称子集。 下面两个 图是通过该种方法使用对称边界的例子。 Figure 1:使用对称边界模拟三维管道的四分之一 Figure 2: 使用对称边界模拟圆形截面的四分之一 下面的图则是误用对称平面的两个例子，在这两个例子中，虽然几何外形是对称