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1、計(jì)算傳熱學(xué) CFD軟件介紹 /培訓(xùn) 南京航空航天大學(xué) 能源與動力學(xué)院 2003.5 僅供內(nèi)部教學(xué)使用。如有任何版權(quán)問題，請和 聯(lián)系 邊界條件的設(shè)定 邊界條件 Why and What 為了獲得物理問題（各種微分方程）的 唯一解 ， 必須對計(jì)算域邊界設(shè)定各種參數(shù)值 . 如各種通量（熱通量、質(zhì)量通量）、運(yùn)動狀況等 . 邊界條件內(nèi)容 : 定義邊界條件的 位置信息 (如進(jìn)口、固體壁面、對稱位 置面 ) 確定邊界上的各種 參數(shù)信息 邊界條件的具體內(nèi)容和計(jì)算中采用的物理模型、 邊界條件的類型密切相關(guān) . 必須仔細(xì)確定邊界條件的參數(shù) 直接影響了求解過程和所得到的結(jié)果 . Fuel Air Combustor
2、 Wall Manifold box 1 1 2 3 Nozzle 分析流程 1. 來流條件 均勻性 非預(yù)混模型 考慮混合效果 2. 噴嘴進(jìn)口 非預(yù)混模型 參數(shù)要求高 3. 噴嘴出口 預(yù)混模型 參數(shù)要求高 基本原則 設(shè)定在流體的進(jìn)、出口 可以有利于收斂 . 在垂直于邊界上不應(yīng)該 存在很大的參數(shù)梯度 . 導(dǎo)致不同的結(jié)果 . 減小邊界附近的網(wǎng)格 扭曲度 . 導(dǎo)致計(jì)算早期誤差過大 . 2 1 基本的邊界類型 外部面 一般 : Pressure inlet, Pressure outlet 不可壓 : Velocity inlet, Outflow 可壓 : Mass flow inlet, Pres
3、sure far-field 特殊 : Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan 其它 : Wall, Symmetry, Periodic, Axis 單元、區(qū)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
4、Boundary Set Parameters 邊界條件的定義 Solver 選擇求解器 正對求解器選擇不同的邊界 條件定義器 邊界條件的定義 Specify Type 選擇邊界對應(yīng)的幾何體 默認(rèn)值：面 選擇邊界的類型 . 鼠標(biāo)直接選取 . 對定義好的邊界可以再操作 更改、刪除 . 邊界條件的定義 Specify Type 選擇邊界對應(yīng)的幾何體 默認(rèn)值：體 選擇邊界的類型 . 鼠標(biāo)直接選取 . 對定義好的邊界可以再操作 更改、刪除 . 邊界條件的定義 Define 在 Fluent中定義邊界條件的具體值 各種邊界條件的參數(shù) 可以重新定義邊界類型 重新定義邊界條件 一般邊界條件在預(yù)處理軟件中定義
5、 . 可以在 Fluent中更改 : Define Boundary Conditions. 選擇要更改的幾何體 從 Type中選擇新的類型 . 給定邊界條件參數(shù) 在 BC panels中直接賦值 . 給選定的邊界設(shè)定 : 從 Zone菜單中選擇邊界 . 點(diǎn)擊 Set按鈕 利用 Copy按鈕可以復(fù)制邊界條件 . 邊界條件的內(nèi)容可以存盤， 也可以讀入 . file write-bc and file read 利用 UDFs and Profiles可以 定義復(fù)雜的邊界條件 Velocity Inlet 定義類型 : Magnitude, Normal to Boundary Component
6、s Magnitude and Direction 默認(rèn)值為均勻流動 適用于 incompressible flows. Static pressure 相應(yīng)分布 . Total pressure 同樣 用于 compressible flows 將有可能導(dǎo)致非物理解 . 速度設(shè)定為負(fù)值時(shí)，可以用來表示出口 . 但是必須要保證流量平衡 . Pressure Inlet (1) 參數(shù)確定 : Total Gauge Pressure 驅(qū)使流體運(yùn)動的能量 . Static Gauge Pressure 超音速流動時(shí)靜壓 ; 亞音速時(shí)忽略 從該邊界初始化時(shí)有用 Total Temperature 對
7、于不可壓流作為靜溫 . Inlet Flow Direction 21(1 )2to ta l s ta tic kT T M 2 /( 1 ), 1( 1 )2 kktotal abs s tatic abs kp p M 221 vpp s ta ticto ta l Incompressible flows: Compressible flows: Pressure Inlet (2) 注意的是 Gauge pressure 必須給定 . Operating pressure 定義 : Define Operating Conditions 同時(shí)適用 compressible 和 inc
8、ompressible flows. Fluent 計(jì)算時(shí)采用 static pressure and velocity 通過壓力面的通量由內(nèi)部條件和流動方向決定 . 可以被用作模擬“ Free”面 . o p e r a t i n gg a u g ea b s o l u t e ppp Mass Flow Inlet 參數(shù)確定 : (a) Mass Flow Rate or (b) Mass Flux (a) 給定恒定的流量 (b) 利用 profiles/UDF定義 Static Gauge Pressure 超音速有效 該邊界初始化有效 . Total Temperature 對于
9、不可壓流動為靜溫 . Inlet Flow Direction 一般用于 compressible; 也可用于 incompressible flows. Total pressure 由輸入變量求得 . 和 pressure inlet相比 .收斂性差 Pressure Outlet 給定 static gauge pressure 作為出口處的環(huán)境壓力 . 可以定義徑向的壓力分布 . Backflow 收斂過程出現(xiàn) 最終結(jié)果如此 . 方向是垂直于邊界 . 適用于 compressible 和 incompressible flows 在超音速條件下，忽略所給定的壓力值 . 可以被用來模擬自
10、由流 . Outflow 不需指定任何速度和壓力信息 . 由內(nèi)部區(qū)域來傳遞信息 . 邊界上保持流量平衡 . 在 Outflow面上所有參數(shù)梯度為零 近似于充分發(fā)展流 適用于 incompressible flows. 不能和 Pressure Inlet合用 ; 入口只能是 velocity inlet. 不能用來模擬密度隨時(shí)間變化的問題 . 當(dāng)存在回流時(shí)，很難收斂 不能模擬最終結(jié)果存在回流的物理問題 . 可以利用 Pressure Outlet 和 Outflow boundaries. Pressure Outlets Outflow: 出口流量定義如下 : mi=FRWi/FRWi wh
11、ere 0 FRW 1. FRW 為 1 表示均勻分布 多通道出口 pressure-inlet (p0,T0) pressure-outlet (ps)2 velocity-inlet (v,T0) pressure-outlet (ps)1 or FRW2 velocity inlet FRW1 其它的邊界條件 Pressure Far Field 模擬 ideal gas law下的流動 . 通常給定 free-stream Mach number 和靜態(tài)參數(shù) . Exhaust Fan/Outlet Vent 給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù) Inlet Vent/Intake
12、Fan 模擬風(fēng)扇運(yùn)動 . 給定壓力損失系數(shù)（壓力降）以及環(huán)境參數(shù) Wall Boundaries 速度：無滑移 切向速度和固壁面速度相等 . 法向速度為零 可以定義壁面剪切力 . 熱邊界 : 幾種不同的條件 包括定義壁面厚度 . 定義運(yùn)動的壁面 . Symmetry and Axis Boundaries Symmetry Boundary 簡化計(jì)算量 . 不需任何參數(shù) . 計(jì)算域和幾何形狀必須對稱 : 對稱面上法向速度為零 所有的變量法向梯度為零 Axis Boundary 模擬二維軸對稱問題 . 不需任何參數(shù) . symmetry planes Periodic Boundaries 減小
13、計(jì)算量 . 計(jì)算域?yàn)橹芷谛赃\(yùn)動區(qū)域 . 周期性旋轉(zhuǎn) : 周期面上 p = 0. 周期性平動 : 在周期面上允許有限的 p . 模擬充分發(fā)展流 . 在 Gambit中預(yù)先 定義為 translational. Translationally periodic planes 2D tube heat exchanger flow Rotationally periodic planes 區(qū)域定義 : Fluid Fluid zone = 求解的流體計(jì)算域 . 確定 Fluid material. 確定各種源項(xiàng) : 質(zhì)量、運(yùn)動、能量等 定義為多空介質(zhì) 定義旋轉(zhuǎn)等周期性運(yùn)動 . 定義各種運(yùn)動方式 . Porous Media 按照流體區(qū)域處理 . 選擇 Porous Zone 項(xiàng) . 給定壓降參數(shù) 可以模擬多種物理現(xiàn)象 硫化床 過濾器 多孔平面 區(qū)域定義 : Solid 只求解熱平衡方程 . 確定固體類型 可以定義內(nèi)部的熱源 也可定義各種形式的運(yùn)動狀態(tài) .
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