Fluent边界条件
(2013-06-13 19:22:56)分类: fluent |
Fluent边界条件
2010-11-30
19:37:09|
质量入口边界条件
该边界条件用于规定入口的质量流量。为了实现规定的质量流量中需要的速度,就要调节当
地入口总压。这和压力入口边界条件是不同的,在压力入口边界条件中,规定的是流入驻点
的属性,质量流量的变化依赖于内部解。
当匹配规定的质量和能量流速而不是匹配流入的总压时,通常就会使用质量入口边界条件。
比如:一个小的冷却喷流流入主流场并和主流场混合,此时,主流的流速主要的由(不同的
)压力入口/出口边界条件对控制。
调节入口总压可能会导致节的收敛,所以如果压力入口边界条件和质量入口条件都可以接受
,你应该选择压力入口边界条件。
在不可压流中不必使用质量入口边界条件,因为密度是常数,速度入口边界条件就已经确定
了质量流。关于流动边界条件的概述请参阅流动入口和出口一节。
质量入口边界条件的输入
概述
质量入口边界条件需要输入:
l
质量流速和质量流量
l
总温(驻点温度)
l
静压
l
流动方向
l
湍流参数(对于湍流计算)
l
辐射参数(对于P-1模型、DTRM或者DO模型的计算)
l
化学组分质量百分数(对于组分计算)。
l
混合分数和变化(对于PDE燃烧计算)。
l
发展变量(对于预混和燃烧计算)。
l
离散相边界条件(对于离散相计算)
上面的所有值都由质量入口面板输入,它是从边界条件打开的(见设定边界条件一节)。
Figure 1:质量流动入口面板
定义质量流速度和流量
你可以输入通过质量入口的质量流速,然后FLUENT将这个值转换为质量流量,或者直接指定
质量流量。如果你设定规定的质量流速,它将在内部转换为区域上的规定的统一质量流量,
这一区域由流速划分。你也可以使用边界轮廓或者自定义函数来定义质量流量(不是质量流
速)。
质量流速或者流量的输入如下:
1.
选择质量流速的方法:质量流速或者质量流量
2.
如果是质量流速(默认),在质量流速框中输入规定的质量流速。
注意:对于轴对称问题,这一质量流速是通过完整区域(2p-radian)而不是1-radian部分的
流速。
如果选择质量流量。请在Mass Flux框中输入质量流量。
注意:对于轴对称问题,这一质量流量是通过完整区域(2p-radian)而不是1-radian部分的
流量。
定义总温
在质量流入口面板中的流入流体的总温框中输入总温(驻点温度)值。
定义静压
如果入口流动是超声速的,或者你打算用压力入口边界条件来对解进行初始化,那么你必须
指定静压(termed the Supersonic/Initial Gauge Pressure)。
只要流动是压声速的,FLUENT会忽略Supersonic/Initial Gauge Pressure,它是由指定的
驻点值来计算的。如果你打算使用压力入口边界条件来初始化解域,Supersonic/Initial G
auge Pressure是与计算初始值的指定驻点压力相联系的,计算初始值的方法有各向同性关
系式(对于可压流)或者贝努力方程(对于不可压流)。因此,对于压声速入口,它是在关
于入口马赫数(可压流)或者入口速度(不可压流)合理的估计之上设定的。
需要记住的是这个静压和你在操作条件面板中的操作压力是相关的。请参阅有关于压力输入
和静压头相关输入的解释。
定义流动方向
你可以在压力入口明确的定义流动的方向,或者定义流动垂直于边界。对于使用分离解算器
计算移动区域问题,流动方向将是绝对速度或者相对于网格相对速度,这取决于解算器面板
中的绝对速度公式是否被激活。对于耦合解算器,流动方向通常是绝对坐标系中的。
定义流动方向的步骤如下,总结请参考概述中的Figure 1。
1.
在方向指定下拉菜单中选择指定流动方向的方法,或者是方向矢量或者是垂直于边
界。
2.
如果你在第一步中选择垂直于边界,并且是在模拟轴对称涡流,请输入流动适当的
切向速度,如果你选择垂直于边界并且你的流动是二维或者三维轴对称涡流,那就不需要流
动方向上的其它的附加输入了。
3.
如果第一步中你选择指定方向矢量,并且你的几何外形是3维的,你就需要选择定
义矢量分量的坐标系统。在坐标系下拉菜单中选择笛卡尔(X, Y, Z)坐标,柱坐标(半径,
切线和轴),或者局部柱坐标。
l
如果是二维非轴对称问题或者三维问题,你需要定义流动X, Y, 和(在三维问题中)
Z三个分量的大小。
l
如果是二维轴对称问题,,请输入流动方向的径向、轴向和切向的三个分量值。
定义湍流参数
对于湍流计算,有几种定义湍流参数的方法。至于选取哪种方法以及相关的输入值请参阅确
定湍流参数一节。湍流模型的相关内容请参阅湍流模型一章。
定义辐射参数
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)。
定义组分质量百分比
如果你是用有限速度模型来模拟组分输运,你就需要设定组分质量百分比。详情请参阅组分
边界条件的定义。
定义PDF/混合分数参数
如果你用PDF模型模拟燃烧,你就需要设定平均混合分数以及混合分数变化(如果你是用两
个混合分数就还包括二级平均混合分数和二级混合分数变化)。具体情况如第三步定义边界
条件所述。
定义预混和燃烧边界条件
如果使用与混合燃烧模型,你就需要设定发展变量。请见发展变量的边界条件设定。
定义离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相,你就可以在速度入口设定粒子轨道详情请参阅离散向模型的
边界设定。
质量流入口边界的默认设定
质量入口边界条件的默认设定(国际标准单位)为:
Mass Flow-Rate
1
Total Temperature
300
Supersonic/Initial Gauge Pressure
0
X-Component of Flow Direction
1
Y-Component of Flow Direction
0
Z-Component of Flow Direction
0
Turb. Kinetic Energy
1
Turb. Dissipation Rate 1
质量流入口边界的计算程序
对入口区域使用质量入口边界条件,该区域的每一个表面的速度被计算出来,并且这一速度
用于计算流入区域的相关解变量的流量。对于每一步迭代,调节计算速度以便于保证正确的
质量流的数值。
你需要使用质量流速、流动方向、静压以及总温来计算这个速度。
有两种指定质量流速的方法。第一种方法是指定入口的总质量流速m(dot)。第二种方法是指
定质量流量r v (每个单位面积的质量流速)。如果指定总质量流速,FLUENT会在内部通过将
总流量除以垂直于流向区域的总入口面积得到统一质量流量:
如果使用直接质量流量指定选项,可以使用轮廓文件或者自定义函数来指定边界处的各种质
量流量。
一旦在给定表面的r v值确定了,就必须确定表面的密度值r,以找到垂直速度v。密度获取
的方法依赖于所模拟的是不是理想气体。下面检查了各种情况:
理想气体的质量流边界的流动计算
如果是理想气体,要用下式计算密度:
如果入口是超音速,所使用的静压是设为边界条件静压值。如果是亚音速静压是从入口表面
单元内部推导出来的。
入口的静温是从总焓推出的,总焓是从边界条件所设的总温推出的。
入口的密度是从理想气体定律,使用静压和静温推导出来的。
不可压流动的质量流边界的流动计算
如果是模拟非理想气体或者液体,静温和总温相同。入口处的密度很容易从温度函数和(可
选)组分质量百分比计算出来的。速度用质量入口边界的计算程序中的方程计算出。
质量流边界的流量计算
要计算所有变量在入口处的流量,流速v和方程中变量的入口值一起使用。例如,质量流量
为r v,湍流动能的流量为r k v。这些流量用于边界条件来计算解过程的守恒方程。
进气口边界条件
进气口边界条件用于模拟具有指定损失系数、流动方向以及环境(入口)压力和温度的进气
口。
进气口边界的输入
进气口边界需要输入:
l
总压即驻点压力
l
总温即驻点温度。
l
流动方向
l
静压
l
湍流参数(对于湍流计算)
l
辐射参数(对于P-1模型、DTRM或者DO模型的计算)
l
化学组分质量百分数(对于组分计算)。
l
混合分数和变化(对于PDE燃烧计算)。
l
发展变量(对于预混和燃烧计算)。
l
离散相边界条件(对于离散相计算)
l
二级相的体积分数(对于多相流计算)
l
损失系数
上面的所有值都由进气口面板输入,它是从边界条件打开的(见设定边界条件一节)。
上面的前十一项的设定和压力入口边界的设定一样。下面介绍一下损失系数的设定:
Figure 1: 进气口面板
指定损失系数
FLUENT中的进气口模型,进气口假定为无限薄,通过进气口的压降假定和流体的动压成比例
,并以经验公式确定你所应用的损失系数。也就是说压降D p和通过进气口速度的垂直分量
的关系为:
其中r是流体密度,k_L为无量纲的损失系数。
注意:D p是流向压降,因此即使是在回流中,进气口都会出现阻力。
你可以定义通过进气口的损失系数为常量、多项式、分段线性函数或者垂向速度的分段多项
式函数。定义这些函数的面板和定义温度相关属性的面板相同,详情请参阅使用温度相关函
数定义属性一节。
进气扇边界条件
进气扇边界条件用于定义具有特定压力跳跃、流动方向以及环境(进气口)压力和温度的外
部进气扇流动。
进气扇边界的输入
进气扇边界需要输入:
l
总压即驻点压力
l
总温即驻点温度。
l
该边界条件用于规定入口的质量流量。为了实现规定的质量流量中需要的速度,就要调节当
地入口总压。这和压力入口边界条件是不同的,在压力入口边界条件中,规定的是流入驻点
的属性,质量流量的变化依赖于内部解。
当匹配规定的质量和能量流速而不是匹配流入的总压时,通常就会使用质量入口边界条件。
比如:一个小的冷却喷流流入主流场并和主流场混合,此时,主流的流速主要的由(不同的
)压力入口/出口边界条件对控制。
调节入口总压可能会导致节的收敛,所以如果压力入口边界条件和质量入口条件都可以接受
,你应该选择压力入口边界条件。
在不可压流中不必使用质量入口边界条件,因为密度是常数,速度入口边界条件就已经确定
了质量流。关于流动边界条件的概述请参阅流动入口和出口一节。
质量入口边界条件的输入
概述
质量入口边界条件需要输入:
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
上面的所有值都由质量入口面板输入,它是从边界条件打开的(见设定边界条件一节)。
Figure 1:质量流动入口面板
定义质量流速度和流量
你可以输入通过质量入口的质量流速,然后FLUENT将这个值转换为质量流量,或者直接指定
质量流量。如果你设定规定的质量流速,它将在内部转换为区域上的规定的统一质量流量,
这一区域由流速划分。你也可以使用边界轮廓或者自定义函数来定义质量流量(不是质量流
速)。
质量流速或者流量的输入如下:
1.
2.
注意:对于轴对称问题,这一质量流速是通过完整区域(2p-radian)而不是1-radian部分的
流速。
如果选择质量流量。请在Mass Flux框中输入质量流量。
注意:对于轴对称问题,这一质量流量是通过完整区域(2p-radian)而不是1-radian部分的
流量。
定义总温
在质量流入口面板中的流入流体的总温框中输入总温(驻点温度)值。
定义静压
如果入口流动是超声速的,或者你打算用压力入口边界条件来对解进行初始化,那么你必须
指定静压(termed the Supersonic/Initial Gauge Pressure)。
只要流动是压声速的,FLUENT会忽略Supersonic/Initial Gauge Pressure,它是由指定的
驻点值来计算的。如果你打算使用压力入口边界条件来初始化解域,Supersonic/Initial G
auge Pressure是与计算初始值的指定驻点压力相联系的,计算初始值的方法有各向同性关
系式(对于可压流)或者贝努力方程(对于不可压流)。因此,对于压声速入口,它是在关
于入口马赫数(可压流)或者入口速度(不可压流)合理的估计之上设定的。
需要记住的是这个静压和你在操作条件面板中的操作压力是相关的。请参阅有关于压力输入
和静压头相关输入的解释。
定义流动方向
你可以在压力入口明确的定义流动的方向,或者定义流动垂直于边界。对于使用分离解算器
计算移动区域问题,流动方向将是绝对速度或者相对于网格相对速度,这取决于解算器面板
中的绝对速度公式是否被激活。对于耦合解算器,流动方向通常是绝对坐标系中的。
定义流动方向的步骤如下,总结请参考概述中的Figure 1。
1.
界。
2.
切向速度,如果你选择垂直于边界并且你的流动是二维或者三维轴对称涡流,那就不需要流
动方向上的其它的附加输入了。
3.
义矢量分量的坐标系统。在坐标系下拉菜单中选择笛卡尔(X, Y, Z)坐标,柱坐标(半径,
切线和轴),或者局部柱坐标。
l
Z三个分量的大小。
l
定义湍流参数
对于湍流计算,有几种定义湍流参数的方法。至于选取哪种方法以及相关的输入值请参阅确
定湍流参数一节。湍流模型的相关内容请参阅湍流模型一章。
定义辐射参数
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)。
定义组分质量百分比
如果你是用有限速度模型来模拟组分输运,你就需要设定组分质量百分比。详情请参阅组分
边界条件的定义。
定义PDF/混合分数参数
如果你用PDF模型模拟燃烧,你就需要设定平均混合分数以及混合分数变化(如果你是用两
个混合分数就还包括二级平均混合分数和二级混合分数变化)。具体情况如第三步定义边界
条件所述。
定义预混和燃烧边界条件
如果使用与混合燃烧模型,你就需要设定发展变量。请见发展变量的边界条件设定。
定义离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相,你就可以在速度入口设定粒子轨道详情请参阅离散向模型的
边界设定。
质量流入口边界的默认设定
质量入口边界条件的默认设定(国际标准单位)为:
Mass Flow-Rate
Total Temperature
Supersonic/Initial Gauge Pressure
X-Component of Flow Direction
Y-Component of Flow Direction
Z-Component of Flow Direction
Turb. Kinetic Energy
Turb. Dissipation Rate
质量流入口边界的计算程序
对入口区域使用质量入口边界条件,该区域的每一个表面的速度被计算出来,并且这一速度
用于计算流入区域的相关解变量的流量。对于每一步迭代,调节计算速度以便于保证正确的
质量流的数值。
你需要使用质量流速、流动方向、静压以及总温来计算这个速度。
有两种指定质量流速的方法。第一种方法是指定入口的总质量流速m(dot)。第二种方法是指
定质量流量r v (每个单位面积的质量流速)。如果指定总质量流速,FLUENT会在内部通过将
总流量除以垂直于流向区域的总入口面积得到统一质量流量:
如果使用直接质量流量指定选项,可以使用轮廓文件或者自定义函数来指定边界处的各种质
量流量。
一旦在给定表面的r v值确定了,就必须确定表面的密度值r,以找到垂直速度v。密度获取
的方法依赖于所模拟的是不是理想气体。下面检查了各种情况:
理想气体的质量流边界的流动计算
如果是理想气体,要用下式计算密度:
如果入口是超音速,所使用的静压是设为边界条件静压值。如果是亚音速静压是从入口表面
单元内部推导出来的。
入口的静温是从总焓推出的,总焓是从边界条件所设的总温推出的。
入口的密度是从理想气体定律,使用静压和静温推导出来的。
不可压流动的质量流边界的流动计算
如果是模拟非理想气体或者液体,静温和总温相同。入口处的密度很容易从温度函数和(可
选)组分质量百分比计算出来的。速度用质量入口边界的计算程序中的方程计算出。
质量流边界的流量计算
要计算所有变量在入口处的流量,流速v和方程中变量的入口值一起使用。例如,质量流量
为r v,湍流动能的流量为r k v。这些流量用于边界条件来计算解过程的守恒方程。
进气口边界条件
进气口边界条件用于模拟具有指定损失系数、流动方向以及环境(入口)压力和温度的进气
口。
进气口边界的输入
进气口边界需要输入:
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
上面的所有值都由进气口面板输入,它是从边界条件打开的(见设定边界条件一节)。
上面的前十一项的设定和压力入口边界的设定一样。下面介绍一下损失系数的设定:
Figure 1: 进气口面板
指定损失系数
FLUENT中的进气口模型,进气口假定为无限薄,通过进气口的压降假定和流体的动压成比例
,并以经验公式确定你所应用的损失系数。也就是说压降D p和通过进气口速度的垂直分量
的关系为:
其中r是流体密度,k_L为无量纲的损失系数。
注意:D p是流向压降,因此即使是在回流中,进气口都会出现阻力。
你可以定义通过进气口的损失系数为常量、多项式、分段线性函数或者垂向速度的分段多项
式函数。定义这些函数的面板和定义温度相关属性的面板相同,详情请参阅使用温度相关函
数定义属性一节。
进气扇边界条件
进气扇边界条件用于定义具有特定压力跳跃、流动方向以及环境(进气口)压力和温度的外
部进气扇流动。
进气扇边界的输入
进气扇边界需要输入:
l
l
l