CFX邊界條件設置講解.pdf

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1、Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary Inventory #002445 4-1 CFX前處理 邊界條件 前處理 邊界條件 講座4講座 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-2 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件類型邊界條件類型 在所有需要進行模擬計算區(qū)域的外表面上，都需要設 置邊界條

2、件(限制所需模擬的問題) 對計算流體而言，只有5 種基本的邊界條件 入口入口入口入口自由流出口自由流出口自由流出口自由流出口 出口出口出口出口壁面壁面壁面壁面 對稱面對稱面對稱面對稱面 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-3 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 如前所示. 如何創(chuàng)建一個邊界條件如何創(chuàng)建一個邊界條件 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inv

3、entory #002445 4-4 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 定義一個邊界條件 基本設置 定義一個邊界條件 基本設置 邊界類型 入口, 出口, 開口, 壁面,對稱面 位置 在下拉菜單中選擇區(qū)域的部件或 是從所有的2D構件中點選 坐標系 如果存在多個坐標系，請選擇正 確的一個 坐標系類型 只有存在旋轉坐標系的時候，才 會被激活. 允許用戶根據旋轉或 是靜止（絕對）坐標系設置數值. 剖面邊界條件 在下幾章中進行討論 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory

4、#002445 4-5 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 入口 速度分量-靜溫(熱傳導) 法向速度-總溫(熱傳導) 質量流-總焓(熱傳導) 總壓(穩(wěn)定的) -相對靜壓(超聲速) 靜壓-入口湍流特性 出口 平均靜壓-法向速度 速度分量-質量流 靜壓 開口 壓力和方向-溫度(熱傳導) 壓力(Entrainment) -靜溫(熱傳導) 靜壓和方向-來流湍流情況 靜壓(Entrainment) 速度分量 壁面 無滑移/ 滑移-絕熱(熱傳導) 粗糙度-固定溫度(熱傳導) 熱流(熱傳導) -熱傳導系數(熱傳導) 對稱面 無細節(jié)設置(只有被指定的區(qū)域才能相對于一個面進行對稱)

5、 在這個講座的結在這個講座的結在這個講座的結在這個講座的結 尾部分由詳細的尾部分由詳細的尾部分由詳細的尾部分由詳細的 說明說明說明說明 定義邊界條件 邊界條件細節(jié) 定義邊界條件 邊界條件細節(jié) Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-6 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件的設置對收斂性和結果的準確性有非 常大的影響 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS

6、, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-7 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 來流(入口) 法向速度50 m/s 流出(出口) 靜壓0 Pa Mass flow Mass flow 來流(入口) 法向速度50 m/s 流出(開口) 平均壓力0 Pa 實例1 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-8 CFX 11.0 ANSYS,

7、Inc. Proprietary 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 Mass flow diverges Outlet Mass flow Fast convergence of mass flow restart 來流(入口) 法向速度25 m/s 流出(出口) 靜壓 來流(入口) 靜壓 流出(開口) 靜壓 Example 2 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-9 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合

8、理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 對于一個求解問題來講，邊界條件不要過度約束也不要 不足 約束過度 沒有給求解器足夠的自由空間來達到正確的解barb2right收斂困難 約束不足 沒有給求解器足夠的信息開始計算barb2right沒有物理結果 0 10 20 30 40 50 60 70 0 2 4 6 8 x y 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 x d y / d x Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-10 CFX 11.0 ANSYS

9、, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 實例 控制方程 1) 質量守恒 2) X方向動量守恒 5 m/s 10 m/s x Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-11 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 實例 情況1: 不可壓縮流體 1) 質量守恒不可能barb2right求解發(fā)散 2) X方向動量守恒 5 m/s 10 m/s x

10、Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-12 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 實例 情況2: 可壓縮流體 1) 質量守恒過度約束 2) X方向動量守恒約束不足 5 m/s 10 m/s x Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-13 CFX 11.0 ANSYS,

11、 Inc. Proprietary 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 實例 情況3: 最合理的設置 1) 質量守恒好的邊界條件定義 2) X方向動量守恒好的邊界條件定義 or 5 kg/s P static = 150 kPa 5 m/s x Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-14 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 我們推薦 最穩(wěn)健的設置最穩(wěn)健的設置最穩(wěn)健的設

12、置最穩(wěn)健的設置: 入口邊界設置為速度/質量流; 出口邊界設置為靜壓 . 入口的總壓是模擬結果中隱含的結果. 穩(wěn)健的設置穩(wěn)健的設置穩(wěn)健的設置穩(wěn)健的設置:入口邊界設置為總壓;出口邊界設置為速度/質量流. 出 口處的靜壓和入口處的速度是結果的一部分. 對初始條件敏感的設置對初始條件敏感的設置對初始條件敏感的設置對初始條件敏感的設置：：：：:入口邊界設置為總壓;出口邊界設置為 靜壓. 系統(tǒng)的質量流是結果的一部分 非常不可靠的設置非常不可靠的設置非常不可靠的設置非常不可靠的設置:入口邊界設置為靜壓;出口邊界設置為靜壓. 這 個設置組合是不推薦的, 應為入口的總壓和質量流在結構預測中 都是隱含的(這種邊界

13、條件的組合對于系統(tǒng)約束來說，是非常脆 弱的). Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-15 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 從數值計算的角度來說, 延伸入口和出口的位置通 常上來講是非常有用的 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-16 CFX 11.0 ANS

14、YS, Inc. Proprietary 小心使用; 對稱的幾何不一定意味著對稱的流動 實例:柯恩達效應. 在一個對稱管中的射流，當雷諾數大于一 定的數量時，流動將沿著其中的一側進行. No Symmetry Plane Symmetry Plane 邊界條件 合理設置邊界條件 邊界條件 合理設置邊界條件 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-17 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件 關鍵點 邊界條件 關鍵點 設置合理的邊界條件，不

15、要過度約束 選擇合理的計算域，使得最精確的邊界條件得 以施加 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary Inventory #002445 4-18 邊界條件 理論 邊界條件 理論 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-19 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 入口湍流狀態(tài)入口湍流狀態(tài) 除非湍流被模

16、擬，通常上湍流是通過模擬湍流 傳輸特性，例如k 和，來進行解決的(講座3 計算域理論) 與質量和動量相似，湍流變量需要指定的邊界 條件 Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-20 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 入口湍流狀態(tài)入口湍流狀態(tài) 在入口處的湍流度可以通過多種選項來指定( 細節(jié)請見下頁) 除非你對你要模擬的情況中的湍流等級一點都 不了解(在這種情況下，你可以使用中等 (Intensity = 5%) 選項), 你應該精心的去選擇湍

17、 流強度和特征尺度 通常上來講，湍流強度的范圍是從1% 到5% ，但是這取決于你要模擬問題的具體情況 系統(tǒng)默認的湍流強度值是0.037 (即3.7%) ，它 對模擬一個進入圓形入口的湍流是足夠的了, 并且這是一個在實驗缺乏的條件下很好的估值. Version 1.3 3/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. Inventory #002445 4-21 CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 入口湍流狀態(tài)入口湍流狀態(tài) 默認湍流強度和自動計算特征尺度默認湍流強度和自動計算特征尺度默認湍流強度和自動計算特征尺度默認湍

18、流強度和自動計算特征尺度 默認的湍流強度是0.037 (3.7%) ，它和計算出的特征尺度一起使用估計入口的k和值. 特征長度是考 慮到湍流變化范圍之后計算出來的. 通常上講，自動計算出的特征長度是不適合外流計算所需的. 湍流強度和自動計算特征尺度湍流強度和自動計算特征尺度湍流強度和自動計算特征尺度湍流強度和自動計算特征尺度 這個選項允許你去指定一個湍流強度但是特征尺度仍然需要自動計算. 湍流強度允許的范圍是被限制在 0.1%-10.0% 的范圍內，相應的代表很低的湍流程度到很高的團里程度. 通常上講，自動計算出的特征 長度是不適合外流計算所需的 湍流強度和特征尺度湍流強度和特征尺度湍流強度和

19、特征尺度湍流強度和特征尺度 你可以直接指定湍流強度和特征尺度, 通過這兩個選項k和的值被計算出來. 低湍流強度低湍流強度低湍流強度低湍流強度(Intensity = 1%) 這里定義了一個1% i的湍流強度和一個等于1渦粘率. 中湍流強度中湍流強度中湍流強度中湍流強度(Intensity = 5%) 這里定義了一個5% i的湍流強度和一個等于10渦粘率. 我們推薦這個選項，如果你不知道有關你要模擬情況的任何信息. 中湍流強度中湍流強度中湍流強度中湍流強度(Intensity = 10%) 這里定義了一個10% i的湍流強度和一個等于100渦粘率. 指定湍流強度和渦粘率指定湍流強度和渦粘率指定湍流強度和渦粘率指定湍流強度和渦粘率 使用這個選項如果你希望輸入自己的湍流強度和渦粘率. k 和和和和Epsilon 直接指定k和的值. 零梯度零梯度零梯度零梯度 使用這個選項設置充分發(fā)展的湍流情況