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1、计算传热学CFD软件介绍/培训,南京航空航天大学 能源与动力学院 2003.5,仅供内部教学使用。如有任何版权问题，请和联系,边界条件的设定,边界条件Why and What,为了获得物理问题（各种微分方程）的唯一解，必须对计算域边界设定各种参数值. 如各种通量（热通量、质量通量）、运动状况等. 边界条件内容: 定义边界条件的位置信息 (如进口、固体壁面、对称位置面) 确定边界上的各种参数信息 边界条件的具体内容和计算中采用的物理模型、边界条件的类型密切相关. 必须仔细确定边界条件的参数 直接影响了求解过程和所得到的结果.,分析流程,1. 来流条件 均匀性 非预混模型 考虑混合效果 2. 喷嘴
2、进口 非预混模型 参数要求高 3. 喷嘴出口 预混模型 参数要求高,基本原则,设定在流体的进、出口 可以有利于收敛. 在垂直于边界上不应该 存在很大的参数梯度. 导致不同的结果. 减小边界附近的网格 扭曲度. 导致计算早期误差过大.,基本的边界类型,外部面 一般: Pressure inlet, Pressure outlet 不可压: Velocity inlet, Outflow 可压: Mass flow inlet, Pressure far-field 特殊: Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan 其它: Wall, Sym
3、metry, Periodic, Axis 单元、区域 Fluid and Solid 相交面 Fan, Interior, Porous Jump, Radiator, Walls,inlet,outlet,wall,interior,Orifice_plate and orifice_plate-shadow,基本流程,Gambit,Boundary Type,Fluid Type,Fluent,Solver,Select Boundary,Set Parameters,边界条件的定义Solver,选择求解器 正对求解器选择不同的边界条件定义器,边界条件的定义Specify Type,选择
4、边界对应的几何体 默认值：面 选择边界的类型. 鼠标直接选取. 对定义好的边界可以再操作 更改、删除.,边界条件的定义Specify Type,选择边界对应的几何体 默认值：体 选择边界的类型. 鼠标直接选取. 对定义好的边界可以再操作 更改、删除.,边界条件的定义Define,在Fluent中定义边界条件的具体值 各种边界条件的参数 可以重新定义边界类型,重新定义边界条件,一般边界条件在预处理软件中定义. 可以在Fluent中更改: Define Boundary Conditions. 选择要更改的几何体 从Type中选择新的类型.,给定边界条件参数,在 BC panels中直接赋值. 给
5、选定的边界设定: 从Zone菜单中选择边界. 点击Set按钮 利用Copy按钮可以复制边界条件. 边界条件的内容可以存盘， 也可以读入. file write-bc and file read 利用 UDFs and Profiles可以 定义复杂的边界条件,Velocity Inlet,定义类型: Magnitude, Normal to Boundary Components Magnitude and Direction 默认值为均匀流动 适用于 incompressible flows. Static pressure 相应分布. Total pressure 同样 用于 compre
6、ssible flows 将有可能导致非物理解. 速度设定为负值时，可以用来表示出口. 但是必须要保证流量平衡.,Pressure Inlet (1),参数确定: Total Gauge Pressure 驱使流体运动的能量. Static Gauge Pressure 超音速流动时静压; 亚音速时忽略 从该边界初始化时有用 Total Temperature 对于不可压流作为静温. Inlet Flow Direction,Pressure Inlet (2),注意的是 Gauge pressure 必须给定. Operating pressure 定义: Define Operating
7、Conditions 同时适用 compressible 和 incompressible flows. Fluent 计算时采用 static pressure and velocity 通过压力面的通量由内部条件和流动方向决定. 可以被用作模拟“Free”面.,Mass Flow Inlet,参数确定: (a) Mass Flow Rate or (b) Mass Flux (a) 给定恒定的流量 (b) 利用 profiles/UDF定义 Static Gauge Pressure 超音速有效 该边界初始化有效. Total Temperature 对于不可压流动为静温. Inlet F
8、low Direction 一般用于 compressible; 也可用于 incompressible flows. Total pressure 由输入变量求得. 和 pressure inlet相比.收敛性差,Pressure Outlet,给定 static gauge pressure 作为出口处的环境压力. 可以定义径向的压力分布. Backflow 收敛过程出现 最终结果如此. 方向是垂直于边界. 适用于 compressible 和 incompressible flows 在超音速条件下，忽略所给定的压力值. 可以被用来模拟自由流.,Outflow,不需指定任何速度和压力信息
9、. 由内部区域来传递信息. 边界上保持流量平衡. 在Outflow面上所有参数梯度为零 近似于充分发展流 适用于 incompressible flows. 不能和 Pressure Inlet合用; 入口只能是 velocity inlet. 不能用来模拟密度随时间变化的问题. 当存在回流时，很难收敛 不能模拟最终结果存在回流的物理问题.,可以利用 Pressure Outlet 和 Outflow boundaries. Pressure Outlets Outflow: 出口流量定义如下: mi=FRWi/FRWi where 0 FRW 1. FRW 为 1 表示均匀分布,多通道出口,
10、其它的边界条件,Pressure Far Field 模拟 ideal gas law下的流动. 通常给定 free-stream Mach number 和静态参数 . Exhaust Fan/Outlet Vent 给定压力损失系数（压力降）以及环境参数 Inlet Vent/Intake Fan 模拟风扇运动. 给定压力损失系数（压力降）以及环境参数,Wall Boundaries,速度：无滑移 切向速度和固壁面速度相等. 法向速度为零 可以定义壁面剪切力. 热边界: 几种不同的条件 包括定义壁面厚度. 定义运动的壁面.,Symmetry and Axis Boundaries,Symm
11、etry Boundary 简化计算量. 不需任何参数. 计算域和几何形状必须对称: 对称面上法向速度为零 所有的变量法向梯度为零 Axis Boundary 模拟二维轴对称问题. 不需任何参数.,Periodic Boundaries,减小计算量. 计算域为周期性运动区域. 周期性旋转: 周期面上p = 0. 周期性平动: 在周期面上允许有限的p . 模拟充分发展流. 在Gambit中预先 定义为 translational.,区域定义: Fluid,Fluid zone = 求解的流体计算域. 确定Fluid material. 确定各种源项: 质量、运动、能量等 定义为多空介质 定义旋转等周期性运动. 定义各种运动方式.,Porous Media,按照流体区域处理. 选择 Porous Zone 项. 给定压降参数 可以模拟多种物理现象 硫化床 过滤器 多孔平面,区域定义: Solid,只求解热平衡方程. 确定固体类型 可以定义内部的热源 也可定义各种形式的运动状态.,