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1、边界条件定义边界条件概述边界条件包括边界处的流量变量和热变量的值。这是FLUENT分析的关键部分，所以我们在设置边界条件时必须小心。边界条件分类：进出口边界条件：压力、速度、质量入口、空气入口、进气风扇、压力出口、压力远场边界条件、质量出口、通风口和排气扇；墙，重复，和：墙，对称，周期，轴极点边界；内部单位面积：流体和固体(多孔是一种流动面积)；内部表面边界：风扇、散热器、多孔跳线、墙壁、内部。(内表面边界条件在单元表面上定义，这意味着它们没有有限的厚度，并提供流场特性变化的每一步。这些边界条件用于补充描述排气扇、薄膜和散热器的物理模型。内部表面区域的内部类型不要求您输入任何东或西。)下一节将

2、详细介绍上述边界条件，以及它们的设置方法和设置合适的条件。本章介绍了周期边界条件，模拟充分发展的周期流将在周期流和热传导一章中介绍。使用边界条件面板边界条件(图1)允许您更改特定边界的边界条件类型，并打开其他面板为每个区域设置边界条件的参数菜单：定义/边界条件.图1:边界条件面板更改边界区域的类型在设置任何边界条件之前，您必须检查所有边界区域的区域类型，并在必要时进行适当的修改。例如，如果您的网格是压力入口，但您想要使用速度入口，您必须在设置之前将压力入口更改为速度入口。更改类型的步骤如下： 1。在区域下拉列表2中选择要修改的区域。在类型列表3中选择正确的区域类型。当出现问题提示菜单时，点击确

3、定确认更改，区域类型将被更改，名称将自动更改(如果初始名称为默认名称，请参考边界条件区域名称部分)，设置区域边界条件的面板也将自动打开。注意：此方法不能用于更改周期类型，因为边界类型已经有附加限制。创建边界条件解释了如何创建和分隔周期性区域。应该注意的是，边界类型只能在图1中的每个类别中改变(注意：双边区域的表面是分开的不同单位区域。)图1:区域类型的分类列表设置了边界条件。在FLUENT中，边界条件与面积有关，但与单个表面或单元无关。如果您想要合并两个或多个具有相同边界条件的区域，请参阅合并区域一节。要设置每个特定区域的边界条件，请遵循以下步骤：1 .从边界条件区域的下拉列表中选择区域。2.

4、单击集合.按钮。或者，1 .从区域下拉列表中选择一个区域。2.在类型列表中单击要选择的类型。或者双击区域列表中需要的区域，选择要打开的边界条件区域，可以指定合适的边界条件来选择图像显示中的边界区域。在边界条件下，可以用鼠标在图形窗口中选择合适的区域。如果您是第一次设置问题，此功能特别有用，如果您有两个或更多相同类型的区域，并且您想要确定区域的标签(即，绘制哪个区域是哪个区域)，此功能也很有用。要使用此功能，请遵循以下步骤：1。用网格显示面板显示网格。2.用鼠标指针单击图形窗口中的边界区域(默认情况下，请参考控制鼠标键功能来更改鼠标键的功能)。在图形显示中选择的区域将自动选择到边界条件面板的区域

5、列表中，其名称和编号将自动显示在控制窗口中以更改边界条件名称。每个边界的名称是其类型加上标签号(如压力-入口-7)。在某些情况下，您可能希望为边界区域指定更具描述性的名称。例如，如果您有两个压力入口区域，您可能希望将其重命名为小入口和大入口。(更改边界的名称不会更改相应的类型。)对于具有重复名称的区域，请遵循以下步骤：1。从边界条件的区域下拉列表中选择要重命名的区域。2.单击设置.打开选定区域的面板。3.在区域名称4中输入新名称。单击确定按钮。注意：如果您为某个区域指定新名称，然后更改其类型，则您更改的名称将被保留，如果该区域的名称是按类型标记的，则该名称将自动更改。边界条件的输入不一致每种边

6、界区域的大多数条件都被定义为轮廓函数，而不是常数。您可以使用外部生成的边界轮廓文件的轮廓，或者使用自定义函数创建它(UDF)。详情请参考相关内容。流体入口和出口FLUENT有许多边界条件，允许流体进入或离开溶液域。下一节将描述每种边界条件的使用和所需的信息，以帮助您正确选择边界条件。下面还提供了一种确定湍流参数入口值的方法。使用流动边界条件下面总结了流动边界条件的使用。对于流动的入口和出口，FLUENT提供了十种类型的边界元素：速度入口、压力入口、质量入口、压力出口、压力远场、质量出口、空气入口、空气入口风扇、空气出口和排气风扇。以下是FLUENT中入口和出口边界条件的选项：速度入口边界条件用

7、于定义流动入口边界的速度和标量压力，入口边界条件用于定义总压力和流动入口边界的其他标量。质量流入口边界条件用于指定可压缩流的入口质量流率。在不可压缩流中，没有必要指定入口质量流量，因为当密度不变时，速度入口边界条件决定了质量流量条件。压力出口的边界条件用来定义流量出口的静压(包括回流中的其他标量)。当发生回流时，通常最好使用压力出口边界条件，而不是质量出口条件。远场压力条件用于模拟无限远处的自由可压缩流，并规定了自由流马赫数和流动的静态条件。这种边界类型仅用于可压缩流。在求解流动问题之前，当模拟流出口的流速和压力未知时，使用质量出口的边界条件。当流量出口充分发展时，这个条件是合适的，因为质量出

8、口的边界条件假定除压力外所有流量变量的正法向梯度为零。这部分不适合可压缩流计算。入口边界条件用于模拟具有指定损失系数、流向以及周围(入口)环境的总压和温度的入口。入口风扇边界条件用于模拟外部入口风扇，其具有指定的压力跃变、流向以及(入口)周围的总压和温度。排气孔边界条件用于模拟排气孔，该排气孔具有指定的损失系数以及周围环境(排放处)的静压和温度。排气扇边界条件用于模拟外部排气扇，其具有规定的压力跃变和周围环境(排放处)的静压。为了确定在入口、出口或远场边界进入盆地的湍流参数，FLUENT需要指定传输标量的值。本节描述特定模型需要的数量以及如何指定它们。它还为确定最合适的流入边界值方法提供了指南

9、。使用等高线指定湍流参数为了准确描述边界层和入口处充分发展的湍流，您应该根据实验数据和经验公式创建一个边界等高线文件，以完美地设置湍流量。如果您有轮廓分析描述而不是数据点，您也可以使用此分析描述来创建边界轮廓文件，或创建用户定义的函数来提供入口边界的信息。创建轮廓函数后，可以使用以下方法：Spalart-Allmaras模型：在湍流指定方法下拉菜单中指定湍流粘度比，并在湍流粘度比后的下拉菜单中选择适当的轮廓名称。通过m_t/m、密度和分子粘度的适当组合，FLUENT计算了修正后的湍流粘度的边界值。K-e模型：从紊流指定方法的下拉菜单中选择k和，并从Turb后的下拉菜单中选择合适的剖面名称。动能

10、和涡轮。耗散率。雷诺应力模型：从紊流指定方法的下拉菜单中选择k和，并从Turb后的下拉菜单中选择合适的剖面名称。动能和涡轮。耗散率。在紊流指定方法下拉菜单中选择雷诺应力部分，并在每个单独的雷诺应力部分之后的下拉菜单中选择适当的剖面名称。湍流量的统一表明，在某些情况下，将边界处的所有湍流量指定为流动流入开始时的统一值是合适的。例如，在进入管道的流体、远场边界，甚至是充分发展的管道流中，湍流量的精确轮廓是未知的。在大多数湍流中，较高水平的湍流产生于边界层，而不是流动边界进入盆地的地方，因此计算结果对流入边界值相对不敏感。但是，必须注意确保边界值不是非物理边界。非物理边界可能导致不准确或不收敛的解决

11、方案。这一特征对于外部流动尤其突出。如果自由流的有效粘性系数有一个大的非物理值，就不会发现边界层。您可以通过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相同的值，而不是轮廓。您还可以选择使用更方便的量来指定湍流量，例如湍流强度、湍流粘度比、水力直径和湍流特征尺度，这些将在下面详细描述。湍流强度I定义为脉动速度u相对于平均速度u_avg的均方根。小于或等于1%的湍流强度通常被认为是低强度湍流，而大于10%的湍流强度被认为是高强度湍流。从外部来看，通过测量数据的入口边界，可以很好地估计湍流强度。例如，如果模拟风洞试验，自由流的湍流强度通常可以从风洞指数中获得。在现代低湍流风洞中，自由流的湍流

12、强度通常低至0.05%。对于内部流动，入口的湍流强度完全取决于上游流动的历史。如果上游气流没有充分发展或受到干扰，可以使用低湍流强度。如果气流充分发展，湍流强度可能达到百分之几。充分发展的管道流的核心的湍流强度可以通过以下经验公式计算：81 Re16。例如，在雷诺数为50，000时，湍流强度为4%，湍流尺度l是与携带湍流能量的大涡尺度有关的物理量。在充分发展的管道流中，L受到管道尺寸的限制，因为大旋涡不能大于管道尺寸。l与管道物理尺寸之间的关系如下：Ll07。0，其中l是管道的相关尺寸。系数0.07基于充分发展的紊流的最大混合长度。对于非圆形截面的管道，可以用水力直径代替L。如果紊流是由管道中

13、的障碍物引起的，最好用特征长度作为紊流长度l，而不是管道尺寸。注：配方Ll07。0并不适用于所有情况。在大多数情况下，这只是一个很好的近似。对于特定流量，选择L和L的原则如下：对于充分发展的内部流量，选择指定强度和水力直径的方法，在水力直径流场中指定L=D_H。用于旋转叶片、穿孔圆盘等的下游流动。强度和水力直径指定方法被选择，并且在水力直径流场中流动的特征长度被指定为L。对于受壁面限制的流动，进口流包含湍流边界层。选择湍流强度和长度标度法，用边界层厚度d_99计算湍流长度标度l，在湍流长度标度流场中输入l=0.4 d_99。湍流粘度比与湍流雷诺数成正比。k2/(e n).Re_t在边界层、剪切

14、层和充分发展的高湍流度管流中较大(100-1000)。然而，m_t/m在大多数外流自由流边界层中相当小。湍流参数的典型设置为1 m_t/m 10。要根据湍流粘度比指定数量，您可以选择湍流粘度比(对于Spalart-Allmaras模型)或强度和粘度比(对于k-e模型或RSM)。为了获得更方便的湍流传输值，如I、L或m_t/m，必须借助经验公式。以下是一些在FLUENT中常用的有用公式。为了得到修正后的湍流粘度，它与湍流强度I长度尺度L有如下关系：Iluv avg 2 3在Spalart-Allmaras模型中，如果要选择湍流强度和水力直径来计算L，可以从前面的公式中得到。湍流动能k和湍流强度I

15、之间的关系是：2 2 3 Iuk平均，其中u_avg是平均流速。除了指定k和e的具体值外，无论是使用紊流强度和水力直径、强度和长度标度还是强度粘度比方法，都应该使用上述公式。如果你知道湍流长度标度l，你可以使用下面的关系：l k C2 C3 4 3其中C是湍流模型中规定的经验常数(大约0.09)，l的公式已经在前面讨论过了。除了为k和e设置特定值之外，无论是使用湍流强度和水力直径还是强度和长度标度，都应该使用上述公式。e值也可通过以下公式计算，该公式与湍流粘度比m_t/m和k: 1 2 t k C有关，其中C是湍流模型中规定的经验常数(约0.09)。除了为k和e设置特定值之外，无论是使用湍流强

16、度和水力直径还是强度和长度标度，都应该使用上述公式。如果您正在模拟风洞条件，其中模型安装在格栅和/或金属格栅筛下游的试验段，您可以使用以下公式：L kU，其中k是通过流场后您想要的k的衰减(例如，k入口值的10%)，u自由流的速度L是池中自由流的流向长度，等式9是在高雷诺数的各向同性湍流中观察到的幂律衰减的线性近似。它是基于精确的方程u？k/？如果你用这个方法来估计e，你也应该用方程7来检查湍流粘度比m_t/m，以确保它不是太大。虽然这不是FLUENT内部使用的方法，但是您可以使用它来导出恒定自由流值E，然后您可以从湍流指定方法下拉菜单中选择K和来直接指定。在这种情况下，您需要使用等式3从I计算k。当使用RSM时，如果您不使用雷诺应力指定方法下拉列表中的雷诺应力选项，并且在入口处清楚地设置了雷诺应力值，它们将大致由指定的k值确定。假设湍流是各向同性的，并且保证0单位和3单位2(下标A不相加)。如果从雷诺应力指定方法的下拉列表中选择K或湍流强度，FLUENT将使用此方法。对于大涡模拟，在大涡模拟湍流大涡模拟模型一节中描述的大涡速度入口中规定的湍流强度值用于随机干扰入口速度场的瞬时速度。它没有指定要模拟的湍流量。如在大涡模拟模型中引入的边界条件中所述，通过叠加每个速度分量的随机扰动来计算流动入口边界处的随机分量和压力