第五章边界条件.docx

1、第五章边界条件第五章，边界条件5-1, FLUENT程序边界条件种类orifice (in terior)orificeplate and orifice_ plate-shadow.1 III进口 =流体壁面Face and Cell zones associatedFLUENT的边界条件包括: 1， 2，3，4，Exam ple: with Pipe Flow through orifice pl ate流动进、出口边界条件壁面，轴对称和周期性边界Internal cell zon es: fluid, solid (po rous is a type of fluid zone )Int

2、ernal face boun daryies: fan, radiator, po rous jump, wall, in terior5-2，流动进口、出口边界条件FLUENT提供了 10种类型的流动进、出口条件，它们分别是:符合完全发展条件，出口处，除了压力之外，其它参量梯度为零。该边界条件不适合可压 缩流动。7,8,9,10,exhaust fan.：排除风扇给定压降，环境静压。iniet vent :进口风扇条件需要给定一个损失系数，流动方向和环境总压和总温。in take fan :进口风扇条件需要给定压降，流动方向和环境总压和总温。out let vent :排出风扇给定损失系数

3、和环境静压和静温。5-3压力进口边界条件对计算可压和不压力进口边界条件通常用于给出流体进口的压力和流动的其它标量参数，可压问题都适合。压力进口边界条件通常用于不知道进口流率或流动速度时候的流动， 这类流动在工程中常见，如浮力驱动的流动问题。压力进口条件还可以用于处理外部或者非受限流动 的自由边界。压力边界条件需要表压输入。Pabsolute P gauge 十 PoperatingOp erat ing p ressure 输入：Define-op erat ing con diti ons绝对压力表压op erating p ressure压力水 平op erating p ressure真

4、空压力进口条件需要输入的参数：总压，总温，流动方向，静压，湍流量（用于湍流计算） ，辐射参数（考虑辐射），化学组分质量分数（考虑化学组分） ，混合分数及其方差（用 PDF燃烧模型），Progress variable （预混燃烧计算），离散相边界条件（稀疏相计算）及第二相体积分 数（多相计算）等。Ptotal = Pstaticd+MZ 可压缩流动5 2流场中的压力p：包括了势压P0gx，即：ps = P0gx+ Ps，或：= P0g +。把 ex ex（P -p0）g在体积力源项中考虑，如果密度没有变化，则在压力计算中不需要考虑势压。我们 输入的压力也不需要考虑势压。InletSuperso

5、nic/lnitial UiiijgE Pressure (pdscAl)101325constd nt9000consU nt300ConsUntNonnal to BoundaryTIntensity and Hydraulic DiameterTolyl Temperailuru h)Direction Specification MethodTurbulence Speciflcation Method2Gduge Total Pressure (pascal)Turbulence Intensity %)hydraulic Diameter in)0K Cancel Help5-4速

6、度进口边界条件 给定进口的速度及其它相关标量值。 该边界条件对不可压速流动问题适用,题不适合，因为该进口条件会使得进口的总温或总压有一定范围的波动。输入量包括：速度大小，方向或各速度分量；周向速度（轴对称有旋流动） 能量）等Zone NameinletVelocity Specification Method Magnitude, Normal to BoundaryReference Frame AbsoluteVelocity Magnitude (m/s) 5constantTurbulence Specification Method Intensity and Hydraulic D

7、iameteriJj1Turbulence Intensity (%) 2Hydraulic Diameter (in) 40K I Cancel | Help |但对可压缩问，静温（考虑5-5质量流量进口边界条件给定进口的质量流量。局部进口总压是变化的，用以调节速度，从而达到给定的流量。这 使得计算的收敛速度变慢。所以，如果压力边界条件和质量边界条件都适合流动时，优先选择 用压力进口条件。对于不可压速流动，由于密度是常数，可以选择用速度进口边界条件。质量进口条件包括两种： 质量流率和质量通量。质量流率是单位时间内通过进口总面积的质量。质量通量是单位时间单位面积内通过进口的质量。如果是二维轴对

8、称问题，质量流率是 单位时间内通过 2兀弧度的质量，而质量通量是通过单位时间内通过一弧度的质量。5 6进口通风（Inlet Vent ）边界条件给定进口损失系数，流动方向和进口环境压力及温度。对于进口通风模型， 假定进口风扇无限薄， 通风压降正比于流体动压头和用户提供的损失系数。假定P是流体密度，Kl是无量纲损失系数，则压降为：1 23 = K L 內2其中，v是与通风方向垂直的速度分量。3是流动方向上的压降。5-7进口风扇边界条件（inlet fan）给定压力阶跃，流动方向和环境（进口）压力和温度。假定进口风扇无限薄，并且有不连 续的压力升高，压力升高量是通过风扇速度的函数。如果是反向流动，

9、风扇可以看成是通风出 口，并且损失系数为 1。压力阶跃可以是常数，或者是流动方向垂直方向上速度分量的函数形式。5 8压力出口边界条件给定出口的静压（表压）。该边界条件只能用于模拟亚音速流动。如果当地速度已经超过 音速，则该压力在计算过程中就不采用了。压力根据内部流动计算结果给定。其它量都是根据 内部流动外推出边界条件。该边界条件可以处理出口有回流问题，合理的给定出口回流条件， 有利于解决有回流出口问题的收敛困难问题。出口回流条件需要给定：回流总温（如果有能量方程） ，湍流参数（湍流计算），回流组分质量分数（有限速率模型模拟组分输运） ，混合物质量分数及其方差（PDF计算燃烧）。如果有 回流出现

10、，给的表压将视为总压，所以不必给出回流压力。回流流动方向与出口边界垂直。在出口压力边界条件给定中，需要给定出口静压（表压） 。当然，该压力只用于亚音速计算。如果局部变成超音速，则根据前面来流条件外推出口边界条件。需要特别指出的是，这里 的压力是相对于前面给定的工作压力。这FLUENT给出了径向平衡出口边界条件供大家选择（适用于三维和轴对称有旋流动） 时候，只有在半径很小的区域使用给定的静压边界条件，其它地方，假定径向速度可以忽略而 计算得到，压力梯度为：G _內2or r即使是周向旋转速度为零，该边界条件也可以用。5-9压力远场边界条件如果知道自由流的静压和马赫数， FLUENT提供了的压力远

11、场边界条件来模拟该类问题。该边界条件只适合用理想气体定律计算密度的问题，而不能用于其它问题。 为了满足压力远场条件，需要把边界放到我们关心区域足够远的地方。给定边界静压和温度及马赫数。可以是亚音速，跨音速或者超音速。并且需要给定流动方510自由流出边界条件如果我们在求解问题前，不能知道流出口的压力或者速度，这时候可以选择流出边界条件。这类边界条件的特点是不需要给定出口条件（除非是计算分离质量流， 辐射换热或者包括颗粒稀疏相问题）。出口条件都是通过 FLUENT内部计算得到。但并不是所有问题都适合，如下列 情况，就不能用流出边界条件：1，包含压力进口条件2，可压速流动问题3，有密度变化的非稳定流

12、动问题（即使是不可压速流动）用流出边界条件时，所有变量在出口处扩散通量为零。 即出口平面从前面的结果计算得到，并且对上游没有影响。计算时，如果出口截面通道大小没有变化，采用完全发展流动假设（流 动速度（温度等）分布在流动方向上不变化。当然，在径向允许有梯度存在，只是假定在垂直 出口面方向上扩散通量为零。5 11出口通风边界条件出口通风边界条件用于模拟出口通风情况，并给定一个损失系数和环境（出口）压力和温 度。出口通风边界条件需要给定如下参数：静压，回流条件，辐射参数，离散相边界条件，损 失系数。1 2压力损失Ap = K L 皿25 12排气扇边界条件排气扇边界条件用于模拟外部排气扇，给定一个

13、压升和环境压力。 假定排气扇无限薄，并且流体通过排气扇的压升是流体速度的函数。5 13固壁边界条件对于粘性流动问题，FLUENT默认设置是壁面无滑移条件，但你也可以指定壁面切向速度 分量（壁面平移或者旋转运动时） ，也可以给出壁面切应力从而模拟壁面滑移。根据当地流动情况，可以计算壁面切应力和与流体换热情况。壁面热边界条件包括固定热通量，固定温度， 对流换热系数，外部辐射换热，外部辐射换热与对流换热等。固壁条件下换热计算边界条件：如果给定壁面温度，则壁面向流体换热量为：q、hf （Tw -Tf）+qr；d对流换热系数是根据当地流场计算得到（湍流水平，温度和速度曲线） 向固体壁面里面传热方程为：5

14、 10qJ字（Tw -Ts）+qr；d如果是对流换热边界条件（给定对流换热系数 hext）,则:5 13q“=hf（Tw -Tf）+qr；d = hext（Text -Tw）如果是辐射换热边界条件，给定辐射系数 ext，则5 14q、hf（Tw -Tf）+qr；d Yextb（伫-T：）如果同时考虑对流和辐射，则：5 15q = hf (Tw -Tf ) + qr；d = hext (Text -Tw ) + Eextb (： -Tw )5-14对称边界条件 对称边界条件应用于计算的物理区域，称平面上，没有对流通量，因此垂直于对称轴或者对称平面的速度分量为零。在对称轴或者对 称平面上，没有扩散

15、通量，即垂直方向上的梯度为零。因此在对称边界上，垂直边界的速度分 量为零，任何量的梯度为零。计算中不需要给定任何参数，只需要确定合理的对称位置。该边界条件可以用于粘性流中 运动边界处理。5 15周期性边界条件如果我们关心的流动，其几何边界，流动和换热是周期性重复的，则可以采用周期性边界条件。FLUENT提供了两种类型：一类是流体经过周期性重复后没有压降（ cyclic ）;另外一类有压降（Periodic）。Ap = 0：Tran slati on ally p eriodic boun daries4 tangen tialin letsRotati on ally p eriodic boun dariescompu tatio nal domai nflow directio nStreamli nes in a 2D tube heat exchanger