fluent培训精华：fluent学习总结，非常不错

2017-03-02 by:CAE仿真在线来源:互联网

单/双精度解算器
1, 如果几何体为细长形的,用双精度的;
2, 如果模型中存在通过小直径管道相连的多个封闭区域,不同区域之间存在很大的压差,用双精度。
3, 对于有较高的热传导率的问题和对于有较大的面比的网格,用双精度。
Cortex 是fluent为用户提供接口和图形的一个过程。
边界条件被记录后,如果以后再读入的话,是按照相应的区域的名字来对照的。如果几个名字相似的区域想使用相同的边界条件,那么在边界条件文件中应该编辑该边界条件对应的区域名为name-*,就是要使用通配符!
网格类型的选择:1。建模时间2。计算花费一般对于同一几何体三角形/四面体网格元素比四边形/六面体的数目要少。但是后者却能允许较大的纵横比,因此对于狭长形的几何体选择该种网格类型。3 数字发散。引起发散的原因是由于系统的截断误差,如果实际流场只有很小的发散,这时的发散就很重要。对于fluent来说,二次离散有助于减少发散,另外优化网格也是降低发散的有效途径。如果流动和网格是平行的话,
对于网格和几何体的要求:
1,对于轴对称的几何体,对称轴必须是x轴。
2,gambit 能生等角的或非等角的周期性的边界区域。另外,可以在fluent中通过make-periodic文本命令来生成等角的周期性的边界区域。
网格质量:
1. 节点密度和聚变。对于由于负压强梯度引起的节点脱离,以及层流壁面边界层的计算精度来说,节点浓度的确定是很重要的。对于湍流的影响则更重要,一般来说任何流管都不应该用少于5个的网格元素来描述。当然,还要考虑到计算机的性能。
2. 光滑性。相邻网格元素体积的变化过大,容易引起较大的截断误差,从而导致发散。Fluent 通过修正网格元素的体积变化梯度来光滑网格。
3. 元素形状。主要包括倾斜和纵横比。一般纵横比要小于5:1。
4. 流场。很倾斜的网格在流动的初始区域是可以的,但在梯度很大的地方就不行。由于不能实现预测该区域的存在,因此要努力在整个区域划分优良的网格。
将fluent 4的case文件读入fluent6时,注意前者允许一种压力边界。是后者不允许的,因此在读入是要注意是否需要转换!
读取几个网格文件:对于复杂的几何体,你可能需要生成几个单独的网格文件。注意:在不同的网格结合的边界,不需要边界上的节点位置完全一样。通过tgrid或者tmerge fileter进行网格的合并。前者比较方便,后者允许对网格进行移动、旋转等操作。使用后者通过命令:utility tmerge –3D/2D。
? [email=user@mymachine:>utility]user@mymachine:>utility[/email] tmerge -2d
?
? Starting /Fluent.Inc/utility/tmerge2.1/ultra/tmerge_2d.2.1.7
?
? Append 2D grid files.
? tmerge2D Fluent Inc, Version 2.0.16
?
? Enter name of grid file (ENTER to continue) : my1.msh
?
?
? x,y scaling factor, eg. 1 1 : 1 1
?
?
? x,y translation, eg. 0 1 : 0 0
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?
? rotation angle (deg), eg. 45 : 0
?
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? Enter name of grid file (ENTER to continue) : my2.msh
?
?
? x,y scaling factor, eg. 1 1 : 1 1
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? x,y translation, eg. 0 1 : 0 0
?
?
? rotation angle (deg), eg. 45 : 0
?
?
? Enter name of grid file (ENTER to continue) : <ENTER>
?
?
? Enter name of output file : final.msh
?
?
? Reading...
? node zone: id 1, ib 1, ie 1677, typ 1
? node zone: id 2, ib 1678, ie 2169, typ 2
? .
? .
? .
? done.
? Writing...
? 492 nodes, id 1, ib 1678, ie 2169, type 2.
? 1677 nodes, id 2, ib 1, ie 1677, type 1.
? .
? .
? .
? done.
? Appending done.
对于等边的网格,如果你不希望在相邻的网各单元之间生成边界,你可以使用Fuse Face Zones面板来结合重叠的边界。从而生成具有内部边界的区域。如果你要使用移动网格,记住不能使用该功能。
不等边网格的计算
首先计算组成边界的界面区域的交集。生成一个内部的边界区域(重叠区域)。如果一个接触区域延伸超出了另一个,那么fluent在两区域不重叠的地方生成附加的壁面区域。原则上,计算通过网格边界的流量时使用两个接触区域的交集面!而不是使用原来区域的接触面。
要求和限制:如果两个界面边界都是基于相同的几何体的话,界面可以是任何形状。(3D中包括非平面形状。)一般,两个界面的误差不应该超过相邻的元素的尺寸。一个面区域不能和两个以上的面区域共享非等角的界面。如果你生成一个有多个单位区域的网格,并且通过一个非等角的边界进行分割。你要保证每个区域都要有一个清晰的面在边界上。所有的周期性的区域在你生成非等角的边界以前都要正确的定向。周期性的非等角边界必须精确地重叠,也就是他们要有相同的转动或者移动方向,另外,还要有相同的轴向。对于3d问题,如果界面是周期性的,只能有一对周期性边界与界面相邻。
在fluent中使用非等角的网格
如果你的多区域网格包括非等角的边界,操作如下:1,读入网格,(如果多个网格文件还没有合并,首先合并);2,将组成每个非等角边界的每一对区域类型设成interface,3,定义非等角界面,定义-网格界面:1,定义一个名字。2,指定两个组成界面的区域。如果两个界面区域中有一个远小于另一个,应该指定它为区域1。3,定义界面类型,a,对于周期性问题设置为periodic,b,对于固体和流体区域之间的界面,设置为对偶型。4,生成网格界面。5,如果两个界面区域没有完全重合,检查原来的边界区域的类型看是否符合要求。不符合的话通过边界条件面板进行修改。6,如果你有任何对偶型的界面,在边界条件面板中定义相关的边界条件。
网格检查:在读入网格以后最好检查一下网格,看是否存在任何问题。
负体积的存在说明存在连接不正确的地方,可以通过Iso-Value Adaption在图形窗口中显示出错的区域。进行解算前必须将这些负体积区域去除。区域的每个面的右手方向性也会得到检查,出现负体积的网格会有一个左手方向的面。对于轴对称的case,x轴下方的节点数目被列出。因为x轴下方的节点被禁止了,因为轴对称单元体积是通过旋转2d的单元体积形成,因此x轴下方的体积都是负的。对于有旋转性、周期性边界的解答区域,最大、最下、平均和指定的周期角度都被计算,一个普通的错误是不正确地指定角度。对于有传输周期性边界的区域,边界条件被检查以确保边界是真的周期性的。最后单一计数器被检验,以确认解算器已经构造的节点、面和单元的数目和相应网格文件头部的说明一致。如果网格检查出现一下信息:WARNING: node on face thread 2 has multiple shadows。你可以通过以下的文本命令进行修补:1,对偶型的壁面,grid_modify-zone_repair-duplicate-shadows。2,对于周期性的壁面,命令同上,但是会被提示输入旋转角度。
报告网格的统计信息:1,网格尺寸:节点、面、单位、分区的数目,grid-info-size。(分区用于并行算法)如果对每个区域内的信息有兴趣,选择grid-info-zone。如果你使用的是对偶型的显式解算器,每一网格级别的网格信息将被显示。2,内存信息,你可以得到系统内存信息的的使用情况。Grid-info-memory usage 。
修改网格:,
1,缩放网格!fluent 内部按照m和si长度单位。当网格读入解算器后,总假设网格是按照m生成的。如果你的网格不是按照m生成,必须对网格进行缩放。你也可以通过缩放来改变网格的物理尺寸。例如:你可以通过给x轴方向一个2的缩放因子来伸长该方向的网格尺寸。注意:当你使用各向异性的缩放比例时要注意,你改变了你的网格单元的纵横比。记得尺寸缩放一定要在开始进行计算前执行。使用缩放网格面板:1,你可以通过指定你的网格使用的长度单位,由系统自动的计算各个方向的缩放因子。2,如果你使用的长度单位在系统中没有,你需要手动输入转换到m单位上。3,如果你希望使用自己原始的长度单位,通过Change Length Units按钮来实现。注意:通过缩放并没有改变使用的单位,只是将物理尺寸按m进行了缩放。
2,移动网格。Grid-translate。
3,合并区域,将相同类型的区域合并成一个,有助于计算和后处理。Grid-merge。对大量的相同类型的区域设置边界条件要花费很多的时间,并有可能引起矛盾。但并不是任何时候大量的相同区域的存在都是不利的,记住合并是不能完全逆转的,大量的区域有时候能提供某些灵活性!记得在合并和要保存一个新的case文件(有data 文件的话也要保存)。
4, 分割区域。有四种分割面区域和两种分割单位区域的方法,每种方法在执行前都能够给出结果的预测报告。A,分割面区域。1,有尖角的几何体2,有小面的几何体3,按照改编寄存器中的标记。4,在相邻区域的基础上。对于对偶性的壁面边界条件是有效!grid-separate-faces,分离操作必须在悬挂节点操作前进行,因为有悬挂节点的面不能被分离!当你按照改编标记分离面区域时,会有意外!b,分离单元区域。1如果两个或更多的封闭的单元区域共享一个内部的边界,你可以分割他们,但必须先将内壁的边界转换成其他双向的边界。2,基于标记的!
5, 建立周期性的区域:允许建立用等角或者非等角的周期性区域组成的周期性边界。你可以通过连接一对面区域使得网格具有周期性。如果两个区域有完全一样节点和面的分布,你可以生成一个等角的周期性区域。Grid-modify_zone-make_periodic, 你需要指定两个区域,以及周期性为旋转性还是移动性的。在系统测试两个面是否符合周期性条件的时候,一个面的配合公差是该面的最短边的长度的一个分数。如果建立周期性区域失败,你可以通过修改该分数来重试!grid-modify_zone-matching_tolerance,!建立非等角的周期性区域,你需要将他们改成界面区域。然后你需要建立相邻单位区域的原点和坐标轴。Define-grid_interface-make-periodic。一个区域为周期性的,一个为另一个的影子区域!
6, 分离周期性的区域:grid-modify_zone-slit_periodic。系统会将该区域分成两个对称的区域。
7, 融合面区域:用于融合边界,(或者相同的节点或者面)这些边界是由组合多个网格区域组成。该方法用于当你将一个多块的几何体分成多个块分别生成网格,然后在输入解算器进行计算前。Grid-fuse,同建立周期性的区域一样,融合过程使用一个公差。当融合失败时,可以通过改变该公差来重试。但记住该值不能大于0。5。当从结构性的网格生成器或者解算器引入网格时,往往是o型或者c型的,存在有凹角的分支切割。这是需要通过融合来消除人工生成的内部的边界。
8, 分离面区域:1,你可以将任何双向类型的单一边界区域分离成两个完全分离的区域。2,你可以将任一个对偶型的壁面区域分离成两个完全分离的区域。分离操作时,系统自动复制一份区域所有的面和节点(除了末端点2d或者边3d)。原来的节点网格归于一个生成的区域,复制的归于另一个区域。(分离操作可能引起的不良后果是在图形显示计算结果是容易出错)。记住分离后的区域就不能通过融合来还原。你要把分离和分裂操作(slitting and separate)分清楚。前者生成新的节点和面以及区域。后者只生成新的区域,却并没有生成新的节点和面。
9, 伸出面区域:1,通过位移距离 grid modify-zones extrude-face-zone-delta 2,通过参数坐标:grid modify-zones extrude-face-zone-para。
10, 重排范围和区域;重排范围有助于提高内存的利用效率。重排区域有利于用户自定义界面的方便。Grid/Reorder 菜单同时提供”带宽“的打印,“带宽”提供对区域和内存中单元网格的分布情况的了解。
边界条件:
1, 边界条件的纵观。A,Flow inlet and exit boundaries: pressure inlet, velocity inlet, mass flow inlet, inlet vent, intake fan, pressure outlet, pressure far-field(远处压力场), outflow, outlet vent, exhaust fan .b,Wall, repeating, and 柱boundaries: wall, symmetry, periodic, axis .c,Internal cell zones: fluid, solid (porous is a type of fluid zone) d,Internal face boundaries: fan, radiator(散热器), porous jump, wall, interior 。内在的面边界条件是定义在单位面上,这意味着他们没有有限的厚度,为流动性质的突变提供了一种方法)。这种边界条件用于表示风扇、多孔膜、散热器。其中的内部类型不需要输入任何参数。
2, 使用边界条件面板。Define-boundary conditi*****.a,改变边界区域类型。在设置边界条件以前,要先检查边界区域是否符合你的要求。如果需要修改区域的类型可以在边界条件面板中修改。(注意:这种方法只能用来改变边界区域的类型,不能滥用)!如果你使用的十多相的模型,改变区域类型的过程有些不同。边界区域的类型只能是下面的几种:
Category Zone Types
Faces axis, outflow, mass flow inlet, pressure far-field, pressure inlet, pressure outlet, symmetry, velocity inlet, wall, inlet vent, intake fan, outlet vent, exhaust fan
Double-Sided Faces fan, interior, porous jump, radiator, wall
Periodic periodic
Cells fluid, solid (porous is a type of fluid cell)
3, fluent中边界条件是和区域联系的,而不是和面或者单元联系。设置方法:1,在边界条件面板选择要设置条件的区域,然后选择”set”。2,选择区域后选择区域类型3,双击区域列表中的区域的名字。
4, 复制边界条件。你可以把一个区域的边界条件复制到其他相同类型的区域中去,但是不能从外部的边面复制到内部的壁面。反之亦然!如果你使用的是多相的模型,情况有所不同!
5, 用鼠标在图形窗口中选择需要的区域。1,显示网格, grid display panel.2,使用右键在图形窗口中选择你要选择的区域,该区域的id会在区域列表中自动选中。
6, 修改边界区域的名字,在边界条件面板中,选择区域,选择’set’.
7, 定义非-统一的边界条件。每种类型的边界区域的大部分边界条件都可以定义为外形函数,而不是常数。你可以使用一个在外部生成的边界的外形函数,或者一个自己定义的函数。
8, 定义瞬时边界条件:两种方法:1,使用与标准边界外形函数相似的外形函数。2,表格形式的瞬时外形函数。你可以通过以下命令将这个外形函数读入fluent中,define-profile, file-read-profile.file-read-transient-table.
9, 你可以将边界条件储存成一个文件,以后在重复使用。
流动入口和出口
1, 使用流动边界条件。一共有始终相关的条件:1,速度入口边界条件,定义进口边界的速度和标量性质。2,压力入口边界条件:定义进口边界的总压和其他的标量值。3,质量流动入口边界条件:用于在可压缩流中表示进口的质量流量。在不可压流中不需要,因为密度一定时,速度边界就确定了该值。4,压力出口边界条件用于表示流动出口处的静压和其他标量(当存在回流时)。此时用它代替流出物边界条件能够提高迭代的收敛性!5,压力远场边界条件:用于模拟一个具有自由流线的可压缩流动在无穷远处的指定了马赫数和静力条件的情况。6,流出物边界条件用于模拟流动出口处的速度和压力边界条件都不知道时的情况。这种情况在出口处的流动接近完全发展的流动状态是比较合适,该条件假设在出口的法向方向除了压力外其他的流动变量的梯度都是0。不适用于压缩流的计算。7,进口泄口的边界条件用于模拟在进口处有指定的流动损失系数,流动方向,周围总压和温度的有泄口的进口条件。8,进气风扇边界条件:用于模拟一个外部的进气风扇,有指定的压力上升,流动方向和周围的总压和温度。9,出口泄口边界条件:出口处的泄口边界条件,但是要求指定静压和温度。10,排气风扇边界条件:出口处的风扇边界,要求指定静压。。
决定湍流参数:
如果在进口处准确地描述边界层或者充分发展的湍流很重要的话,比较理想的是你通过建立一个外形函数来设置湍流参数。(基于实验数据或者经验公式)如果你有这个外形的解析描述,而不是数据点的话,你既可以通过建立外形函数文件也可以通过建立用户自定义函数来提供进口的边界条件。
在建立外形函数后,你可以如下地使用:1,Spalart-Allmaras 模型:在湍流说明方法下拉菜单中选择湍流粘性或者粘性比,然后再为它选择合适的外形函数名称。Fluent将计算湍流粘度 ,通过选择适当的密度和分子粘度计算。2,k- 模型:在湍流说明方法下拉菜单中选择k- ,并且为湍流动能和湍流耗散率选择合适的外形函数。3,k- 模型:说明方法同上。 4, 雷诺压力模型:除了按照k- 设置以外,还要在雷诺压力说明方法的下拉菜单中为为雷诺压力成分选择合适的外形函数文件。
湍流量的相同说明
在多数的湍流中,高阶的湍动往往是在剪切层生成,而不是进入到边界层的区域中去。导致计算结果对流入边界层的值不敏感!但是要注意边界值不能过于不自然以至于干扰你的结算或者阻碍收敛!就像在外部流中自由流的过大的粘度值会掩盖边界层。你可以通过利用上述的方法来输入统一的常量。
湍流强度:定义,湍动速度u’/平均速度u。1%以下的被认为是弱湍流,10%以上的被认为是强湍流。一个管道内部的充分发展的湍流的强度可以按下式计算:
湍流长度标尺和水力直径:长度标尺是和湍流的大涡尺寸相关的物理量,在充分发展的管流中,长度标尺受到管道尺寸的限制。 .其中,L是相关的管道的尺寸。对于充分发展的湍流管流,L取管道的直径。对于渠道或者非圆形的交叉部分,你可以取水力直径。对于由流动中阻碍物引起的湍流,更好的选择是将长度标尺选取基于阻碍物的尺寸。对于选定的流动类型的特征长度L或者湍流长度标尺设定方法如下:1:对于充分发展的内部流动,选择强度和水力直径方法,然后指定水力直径。2,对于转向叶片、多孔板等,选择强度和水力直径,然后指定流动开始处的特征尺寸。3,对于壁面包围的流动,(在进口处包括了一个湍流的边界层)选择强度和长度标尺方法,用边界层厚度δ99计算湍流长度标尺 , =0.4δ99 。
湍流粘度比:μt/ μ,和雷诺数的大小成比例, Ret=k2/( υ)。Ret在大雷诺数的边界层、剪切层、充分发展的管流中较大(100-1000)。但对于大多数的外部流的自由流的边界处,该值很小,一般设为(1,10)。设置该值时,对于Spalart-Allmaras model,选择湍流粘度壁,对于 k- models, the k- models, or the RSM).你可以选择Intensity and Viscosity Ratio。
湍流量之间的关系:1,通过湍流强度和长度标尺计算湍流粘度: ,该式用于Spalart-Allmaras model. 2,通过湍流强度估算动能, 。在非显式地指定动能的情况下,都通过该式计算。3,通过长度标尺估算耗散率: 。其中, 是一个经验常数,(大约0.09)。在非显式地指定耗散率的时候,都通过该式计算。4,通过湍流粘度比估算,耗散率: 。的值同上式。该式用于已知粘度比的情况下。5,估算衰退湍流的湍流耗散率: 。其中,△k表示动能的衰退。表示自由流的速度。是流动区域的线性长度。如果你用该方法估算耗散率,你应该保证由此计算而得的湍流黏度/动力黏度不至于太大,
通过长度比尺估算ω: 其中, 是一个经验常数,(0.09)这种方法在选择“强度和水力直径”或者“强度和长度尺度”时采用。
通过黏度比估算ω: 该方法在选择“强度和黏度比”的时候采用。
通过湍流动能估算雷诺应力: 以及 (对a不求和)当你在雷诺应力方程模型中选择K and Turbulence Intensity下拉菜单时采用该方法。
为LES指定进口湍流:为LES的进口指定的湍流强度值将随机地干扰瞬时速度场。不能说明一个成型的湍流数量,取而代之地,进口边界层流动的随机组成可以由对速度成分叠加随机的干扰来解释。
6.3 压力进口边界条件
同其他的流动标量属性一起,压力进口边界条件用于定义流动进口的动压。可用于可压缩和不可压缩流体的计算。用于进口的流量或者流速不知道的时候。用于象浮力流动这样的流动,或者为外部流动定义一个“自由”的边界。
1 输入
? 总压(滞止压强)
? 总温度(指指温度)
? 流动方向
? 静压
? 湍流参数(用于湍流计算)
? 辐射参数
? 化学成分的质量比例
? 混合物比例和变化(用于没有预混合或者预混合较少的燃烧计算)
? 进展变量(用于预混合燃烧)
? 分相边界条件(用于分相计算)
? 多相条件(用于一般的多相计算)
所有的变量在压力进口面板输入,该面板从边界面板打开。
压力输入和静压头
fluent中压力的定义是 ,Ps表示静压。这一定义使得静压头并入体积力中,而被排除在压力计算之外(当流体密度是统一的时候)。
定义总压和总温度
总压定义,对于可压缩的流体:

其中 p0 总压
Ps 静压
M 马赫数 r 为比热比。
对于不可压缩流体:

如果相邻的单元区域是移动的,当你采用分离解算器的时候,速度是绝对的或者相对的,决定于是否在解算器面板中有绝对速度的计算公式。当采用对偶解算器时,总采用绝对坐标系。
定义流动方向
你可以定义流动方向或者定义为正交于边界。如果定义方向,可以采用各种方式定义方向矢量。如果相邻的单元区域是移动的,当你采用分离解算器的时候,方向是绝对的或者相对的,决定于是否在解算器面板中有绝对速度的计算公式。当采用对偶解算器时,总采用绝对坐标系。
定义方法:
1,选择定义方法,使用矢量或者正交于边界。
2, 如果在第一步选择正交于边界,当你在进行轴对称旋转流动建模时,需要给出切线方向,如果没有旋转,则不需要更过的输入。
3, 如果第一步选择方向矢量,需要首先选择坐标系,包括笛卡尔坐标系,圆柱坐标系、本地圆柱坐标系。笛卡尔坐标系是指几何体使用的坐标系,圆柱坐标系:当只涉及单一单元区域时,有流动面板中设定坐标轴和原点。当涉及多个区域时,旋转轴在进口相邻流体(固体)区域的流体(固体)面板中指定。径向正方向为从旋转轴指向外,轴向正向为旋转轴的矢量方向,切向正向由右手法则指定。本地圆柱坐标系允许你自己指定圆柱坐标,就在压力进口面板处指定。
4, 如果在第一部种选择矢量,需要指定矢量的各成分。
定义静压
如果流动为超音速的或者你计划在进口压力边界条件的基础上开始解算,你需要定义静压。记住你输入的静压和运行条件面板中设置的运行压力是相关的,注意在6.3.1中关于静压的内容。对于亚音速流动的计算,静压的设置将被忽略,因为这时是对滞止参数进行计算的。如果你在进口压力条件的基础上开始进行计算,超音速/初始测量压力将和滞止压力一起对初始值进行计算(对于可压缩流体按照等熵关系式,对于不可压流体按照柏努利方程)。因此,对于亚音速流动的计算应该很好的估算出马赫数(可压缩流体)或者流速(不可压缩流体)。
6.4 进口速度边界
用于定义流场进口处流动速度和相关的其他标尺的特性。由于滞止参数不能确定,因此需要给出速度分布的参数。注意该边界条件主要用于不可压缩流。另外不要在一个固体障碍物附近设置该条件,因为会引起滞止参数的高度不一致。
1, 输入:a,速度大小和方向或者速度分量;b,旋转速度(对于2D的轴对称流动)c,温度;d,流出标定压力(用于连接的解算器计算)。E,湍流参数。F,辐射参数(用于P-l模型,DTRM,DO模型和面对面模型)。G,化学成分质量分数。H,混合分数和变化(用于非预混合燃烧)。I,过程变量。J,分散相边界条件。K,多相边界条件。所有的参数在速度进口面板中输入,
定义速度:你可以通过标定速度大小和方向,速度成分,或者正交与边界的速度大小。如果与速度进口相邻的单元区域是移动的,你可以指定相对或者绝对速度。(具体的见原文)
2, 默认值:
Temperature 300
Velocity Magnitude 0
X-Component of Flow Direction 1
Y-Component of Flow Direction 0
Z-Component of Flow Direction 0
X-Velocity 0
Y-Velocity 0
Z-Velocity 0
Turb. Kinetic Energy 1
Turb. Dissipation Rate 1
Outflow Gauge Pressure 0
3, 速度进口边界的计算过程。
Fluent利用速度进口边界条件计算通过进口的质量流量和动量、能量和主分流量。
进入与进口相邻的单元区域的质量流量的计算公式:

注意只有正交与控制体表面的速度成分对流量有贡献。
流场出口处速度边界条件的处理
适用于流场出口处的速度条件已知时,或者出口处的速度场有要求时。对于分离式解算器,在出口处使用正交于出口流区的速度分量值。而不使用其他的边界条件。取而代之的是,除了正交速度分量,其他的边界条件假设适用于上游的计算单元。在连接解算器中,所有的出口使用在压力条件面板中定义的压力条件。
密度计算
进口面板上的密度要么是常数,要么是压力,温度,和/或不同成分的质量分数的函数。(这里质量分数作为一个进口边界条件输入)
6.5 质量流进口边界条件
该条件可以用于指定进口处的质量流量或者质量通量的分布。指定流量通量允许总压随着内部溶液的不同而变化。而对于压力进口边界条件,即使速度通量变化了,总量仍不变。
适用于符合一个流量边界条件要重要于压力边界条件的时候。一个例子是当一个冷却射流于主流混合的连接处。压力条件的调整,会引起较慢的收敛,所以如果进口压力和质量流边界条件都已知的话,最好选择后者。
注意:对于不可压缩流,不需要使用该条件,因为密度是常量,速度进口条件将确定这一条件。
1, 需要的输入
总结
1, 质量流量,质量通量, 或者(主要用于混合平面模型)包括平均质量通量的质量通量。
2, 滞止温度。
3, 静压。
4, 流动方向。
5, 湍流参数。
6, 辐射参数。
7, 化学成分质量分数。
8, 混合物分数和迁移(用于非预混合的扩散燃烧)
9, 进展变量(用于预混合燃烧)。
10, 分散相边界条件
11, 多相边界条件
所有的参数在质量流量面板中输入,该面板从边界条件面板打开。
定义质量流量或者质量通量
你可以指定进口区域的质量流量,Fluent会将其转换成流量通量,也可以直接指定质量通量。对于边界处质量通量变化的情况,你还需要指定平均质量通量。
如果指定质量流量,系统内部会通过用区域面积除流量的办法来得到一个统一的质量通量。你也可以通过一个边界Profile或者指定的函数来定义质量通量。
用于定义质量流量或者质量通量的输入参数如下:
1, 在质量流说明方法处选择“Mass Flow Rate, Mass Flux, or Mass Flux with Average Mass Flux”。
2, 如果你选择质量流量,输入指定的值。注意:对于轴对称问题,是指总流量,不是通过一个弧度片的量。
3, 如果选择质量通量,输入指定的值,对于轴对称问题,是指一个弧度片的质量通量。
4, 如果你指定了一个质量通量截面,使得整个区域的平均值是4.7,但你仍可以指定平均值为5,这样系统会保持截面形状,但是改变值,使得平均值等于5。
5, 带平均值的质量通量方法同样适用于混合平面模型,如果质量流边界条件将用于描述一个混合平面,此时你不需指定质量通量或者流速。你可以使用默认值。在后面的步骤中,系统会在质量流进口条件处自动选择“带平均值的质量通量”方法,并且按照上游单元的速度质量通量的截面计算平均值。这将保证上、下游的质量是一致的。
质量流进口边界的计算过程:在一个区域使用质量流进口边界条件时,区域的每一个面都会有一个对应的计算得到的速度,这个速度用于计算和结算有关的其他变量。在每一步迭代的时候,这一速度都要重新计算来维持正确的质量流数值。计算这一速度,要使用质量流量,流动方向,静压和滞止温度。有两种指定质量流量的方法,一是直接指定总流量 ,二是指定质量通量ρvn(单位面积质量流量)两者之间有这样的关系: (1)
如果给定质量流量,可以计算ρvn,但这时每个面积上的通量是相等的。如果一个面处的ρvn给定了,必须确定ρ以计算垂直壁面的发祥速度vn。前者的确定方法如下:
理想气体:需要利用静止的温度和压力计算。 (2)。如果气体是超音速的,那么静压是一个边界条件。对于亚音速流动,静压由壁面处单元计算得到。静止温度由边界条件设置的总熵进行计算。 (3),其中速度由上面的1式计算得到。由式2可以计算得到温度,再由(3)式计算得到滞止温度。
不可压缩流体:静止温度和滞止温度相等,密度是常量或者是温度和质量成分的函数。速度按式1计算。
通量计算:进口处的通量计算和vn相关,比如湍流动能通量为。
进口排气孔边界条件:
用于计算进口排气孔处的损失系数,流动方向,以及周围的温度和压力。
输入:除了一些常见的参数外,主要是一个损失系数(前面的11个和压力边界条件相同)。对于损失系数,按照公式计算: 其中ρ为密度,kL是一个无量纲的经验系数,注意:△p
表示流动方向的压力损失,你可以定义为常数或者速的多项式、分段式函数。定义面板和定义温度相关属性的相同。
进气风扇边界条件
用于模型化一个外部的有指定压力升高、流动方向、周围温度和压力的进气风扇。
输入:前11项和压力边界条件的一样。通过进气风扇的压力上升被认为是流速的函数。对于逆向流,进气风扇被当作一个带损失系数的出口排气孔。你可以设置压力上升为常量,或者速度的函数。
压力出口边界条件:需要指定一个静压,这只适用于亚音速流动,对于超音速,这个条件是无用的。流动的一些特性将由上游推倒得到。如果在解算过程中流动逆相,需要设置一系列的“逆流”条件。
输入:静压,
逆流条件:
总温,湍流参数,化学成分质量分数,混合物分数和变迁,过程变量,多相边界条件。
辐射条件,分散相边界条件。
定义静压:注意输入的静压和工作条件面板的工作压力相关,注意关于液体静压的评论。
系统也提供一个关于径向平衡边界条件的选择,选择该项的化,输入的静压只适用于最小半径,其他部分的压力通过下是计算,
r为距离回转轴的半径距离,vθ为切向速度。注意折椅边界条件对于旋转速度是零也适用。该条件只适用于3D计算和轴对称计算。
定义逆流条件:适用于流体被拖动穿过出口。
定义辐射参数:
定义分散相条件:
6.9压力far-field 边界条件:用于定于无穷远处自由流的压力条件,常被称作特性边界条件,因为这里使用因为这里使用特性信息(黎曼常量)来计算边界的流动变量。该条件仅适用于利用理想气体公式计算密度的流动,其他的不允许。该区域必须足够的远。
6.10 出口流边界条件:用于模拟结算前流动的速度和方向等都未知的流动,不需要任何设定,但是要能够了解该条件的限制条件。
不适用的场合:如果有进口压力边界条件,适用压力出口边界条件;模拟可压缩流;模拟密度变化的流动,即使是不可压缩流。
6.11 出口处放气孔边界条件:(间原文);
6.12 排气扇边界条件:
6.13 壁面边界条件:用于限制液体和固体区域。对于粘性流,默认使用无滑动的壁面边界条件,但是你可以为壁面指定一个切向速度(当壁面作平移或者旋转运动时)。或者通过指定剪切力定义一个滑动壁。(你也可以通过使用对称性边界条件在剪切力为0时定义一个滑动壁)。
输入:1,热力边界条件,2,壁面运动条件,3,剪切力条件(对于滑动壁),4,壁面粗糙度,5,成分边界条件,6,化学反应边界条件,7,辐射边界,8,分散相边界,9,多相边界。
定义热力边界:设计能量计算时,需要设定。有5中方法。1,固定热流密度,2,固定温度,3,对流热交换,4,外部辐射热交换,5,辐射和对流的复合热交换。
对于双面壁,你可以选择是否两面是对称的。如果热壁面的厚度不为零,还需要输入壁面的热阻和热源。你可以模拟边界和内部壁面内部的热传导。(称为壳传导)在壁面面板的thermal页面输入参数。
1, 输入热流密度,默认值为0,2,指定壁面温度后,通过公式计算热流密度。3,对流热交换,你需要输入自由流温度和对流热交换系数,利用公式计算热流密度。4,外部辐射,设定外部发射率和外部温度。5,辐射和对流复合热交换,需要输入4个参数。
2, 薄壁的热阻:你需要输入薄壁的材料种类,壁厚,以及内部的热源强度。热阻的定义为 ,其中,△x表示壁厚,k表示壁面的导热系数
3, 两面壁的热力边界条件:1,如果定义为对偶壁面,则不需要其他的热力参数,(同2中的参数),一面的设定将自动适用于另一边。2,非对偶的壁面,需要为两区域分别指定不同的参数(只能选定温度和热流密度)。这两个非对偶壁面可以有不同的厚度和导热系数。
4, 壁面中的壳传导:除了计算穿过壁面的热传导,也计算壁面内部的热传导(用于能量计算)。注意:壁面厚度不能是0,另外有几项限制:1,用于3D,2,用于分离的解算器,3,不能用于非预混合燃烧,4,不能用于多相混合物,VOF,等方法。5,当与离散坐标辐射模型共同使用时,壳传导壁不能是半透明的。6,壳传导壁不能拆分或者合并,如果想进行这种操作的话,可以先不选择壳传导,对壁面进行操作,再对拆分或者合并后的壁面进行壳传导的计算。7,壳传导壁不能是已经采用的壁。8壳传导壁端面的热流密度不被包括再热平衡报告中。
5, 定义壁面运动:(在动量页中输入)。1,定义一个静止壁面:2,为壁面定义速度条件:注意你不能定义壁面的法向速度,而只能定义切向速度。定义相对或者绝对速度:如果壁面相邻的单元处于运动之中,你可以为壁面选择相对与相邻区域的速度。(如果相邻单元是静止的,则没有区别)。平移壁面速度:旋转壁面速度:需要定义旋转轴和旋转原点,(旋转轴是任意的)对于3D问题,旋转轴通过旋转原点并且与指定的从坐标原点到指定方向点(X,Y,Z)矢量平行的轴,对于2D问题,只需指定旋转原点,方向为垂直平面。对于2D轴对称问题,旋转轴总为X轴。注意壁面的切向旋转运动的模拟只有在壁面限制一个绕指定的旋转轴旋转的表面。速度分量基础上的壁面运动:通过分别定义各个方向的速度分量,(通过边界截面或者函数)。对于两面壁,你可以为壁面和阴影区域指定不同的运动速度。但是,不能为相邻固体区域的壁面指定速度。
6, 定义壁面的剪切力条件:三种,1,非滑动;2,指定的剪切力,3,Marangoni Stress;注意对于运动的壁面,只能使用2,其他的适用与静止壁面。;
非滑动为默认的条件,说明相邻的流体和壁面以相同的速度一起运动(如果运动的话)。另外两种条件用于剪切力已知的条件(运动未知)。你可以设定各个方向的应力分量(常量或者函数),Marangoni Stess允许根据壁面温度设置表面张力的梯度。剪切力根据壁面的温度梯度和表面张力梯度进行计算。Marangoni Stess只有在设计能量计算是才有效。(在动量页面输入)
1, 模拟非滑动壁。2,指定剪切力。3,系统也可以表面张力由于温度变化产生的变形所引起的应力, 这里dσ/dT表示表面张力对于温度的梯度。表示表面温度梯度。
壁面粗糙度:
改良的壁面定律:
(2)
粗糙管道的试验证明,在使用常规的对数尺作图时,壁面附近平均流速的斜率不变,但是截距变化。所以得到式2:这里u*表示 , 表示由于粗糙度变化引起的截距变化的数量。系统按照给定的参数,按照相应的公式(分段)来计算该值。(见原文)
设置粗糙度参数:(在momentum页面)1,屋里粗糙度高度,;2,粗糙度常数C Ks。是一个和粗糙类型有关的常量,默认值为0。5,(适用于通用的沙粒粗糙度)。现在没有对任意类型粗糙度都适用的设置方法。保证从壁面到相邻单元质心的距离要大于Ks。
定义壁面的成分边界条件:
默认的成分的质量梯度为0,如果想输入质量分数,
定义壁面的反应边界条件:如果成分的质量梯度为0,则不参与反应。(在成分边界页面设置)。
定义辐射,离散相,多相边界条件。如果用户自己定义单位,可以在UDS页面设置。
剪切力的计算:对层流:
壁面的热计算:

6.14 对称边界条件:注意中心线处使用轴心边界条件。对于几何形状对称,但是流动不对称的模拟,不能采用该边界条件,而要采用旋转周期的边界条件。特性:对称平面法线速度为0,法线方向各变量梯度为0。因此,对称平面处的通量为0,由于剪切力也为0,所以将对称平面定义为“滑动”壁面(对于粘性流计算)。
周期边界条件:两种,一种允许压力损失,一种不允许。适用于模型中两个相对平面处的流动完全一样的情况。
不允许压力损失的情况:1,平移周期边界,边界和几何轴心平行,2,旋转周期,边界和几何轴心有夹角。需要指定周期(连接解算器也能输入压力升高)。注意:与边界相邻区域的单元不一定要求运动。你需要利用grid/check来计算几何体中所有周期边界和轴线的最大、最小和平均夹角。如果这些值之间的差异不能忽略的话,那么你的模型就不具有周期特性。
6.15轴线边界条件:
6.17 流体边界:指定流体材料。如果你在模拟成分传输和燃烧,你不需要指定该边界。(而要在成分模型面板处指定)。你也可以定义源(热、质量等),你也可以定义一个层流区域(用特定的湍流模型时)。计算所有的流动方程。
6.18 固体边界。知能够计算热传导,而不能计算流东方程的区域(不一定非得是固体)。
6.19 多孔介质边界:
6.20 风扇边界:
6.21 散热器边界调件:能够计算压力损失和热传导系数。(是散热器法线速度的函数)
v表示法线速度,KL是试验系数。可以是常数,也可是多项式,分段函数。
对于多项式,有公式: 。
对于热计算: ;其中系数h可为常数或函数。对多项式:
你可以作后处理。
6.22 多孔突变边界条件:
6.23 用户定义的风扇边界条件:你可以周期的产生截面文件,用于指定风扇的压力上升,旋转和径向速度等特性。(你需要编写程序用于周期性地改变风扇的参数)。
6、24 热交换器边界:用集总参数的方法模拟热交换器。说明压力损失和冷却剂的热损耗。因为沿冷却剂路径温度是变化的,所以热损也是不同的。所以模型中沿路径分为若干个小的单元。每个单元的入口温度经过计算后,确定该处的热损耗率。
热交换器理论:
6.25 边界截面:四种
1, 点截面。另外通过插值确定其他未知点。由于点是无序的,所以,要提供临近区域相关的点。
2, 线截面。点有序排列。因此插值时较方便。用于2D。
3, 网格截面。用于3D。
4, 半径截面。
截面文件格式:每个文件可以有多个截面,每个界面的组成,1,名称,2,类型,3,点的数目。注意所有的数量要适用SI单位,因为不进行单位转换。
重定向边界截面。
对于3D,可以重新定义一个截面的方向。因此可以重复利用。(这里假设截面是平面)。
6.26 固定变量值:。
用于集中参数法(或者称为黑箱法)即只需知道输出值即可的地方。可以被固定的值包括:速度分量,质量分数,温度(只有你使用分离解算器时,才能采用),湍流参数和熵,以及用户自定义标量。
6.27 定义质量、动量和其他源。
你需要为要设置源的若干个单元设置一个单独的区域。
1. 一个流量源不能被一个进口代替(由于尺度问题)。如果你要模拟一个小于一个单元的进口,你可以把这个单元放到一个区域,然后定义这个区域为源。
2. 对于一个能量源,你可以把它放到产热的单元,然后把单元区域设为源。
3. 由于反应产生的成分源在一个模型中可能不是很明确。如在模拟火焰的时候,你需要指定一个生成PM的区域。
注意:如果你定义一个质量源,你也要定义一个动量和能量源,不然的话,会引起流入区域速度和温度的降低。所有的源必须按照SI单位定义。
定义过程:你首先要计算源区域的体积。(你定义的是每单位体积的量)
1, 质量源:你需要定义各成分的质量和总质量(有一种成分的质量不需输入,系统通过总质量和分质量进行计算得到)。
2, 动量源:
3, 能量源:
4, 湍流源:
6.28 带GT的对偶性边界
7 物理性质
1, 密度或者分子量,2,粘度,3, 热容。4,热传到率,5,质量扩散系数。6,标准焓,7,分子运动论参数。
材料种类:通过读入Case文件来定义材料。可以自己定义新的材料。
你可以自己定义材料库,位置:fluent\cortex\lib\propdb.scm
密度:1,常量,2,温度和成分的函数。
对于可压缩流,理想气体方程是合适的函数。
对于不可压缩流体:1,如果不希望是温度的函数,那么应该是一个常量;2,虽然流体是不可压缩的,但是你希望密度随温度变化(按照理想气体定律),3,密度是温度的函数,4,对于自然对流情况。
多区域模型中混合密度的关系:注意:1,对于分离解算器,不使用任何多相方法,所以理想气态方程不能和其他方法同时使用。2,所有的区域共享同一个运行压力和运行温度。
不可压缩理想气体定律: 其中Pop表示运行压力,R表示通用气体常数,Mw表示分子量,所以密度只和温度有关,与当地压力无关。所以要注意运行压力的输入。
可压缩理想气体定律: 这里p表示相对压力,(就是常见的理想气体方程)。
对于多相混合物的密度:1,对于非理想气体,选择volume-weighted-mixing-law, ,其中,Yi 是质量分数。2,对于理想气体, 其中Mw,i表示I中成分的分子量。
如果对于不可压缩流体采用理想气体方程, 用于计算密度。
粘度:1,常数,2,分子运动论,3,非牛顿流体黏性,4,温度或成分函数,5,用户定义。
温度函数:有两个已知的适用于空气的公式,
热传导率:1,常数,2,分子运动论,3,温度或者成分函数,4,用户定义,5,各向异性(固体)
热容:1,常数,2,分子运动论,3,用户定义,
辐射特性:对于P1,Roseland模型,需要吸收系数和散射系数。Dtrm模型,只需要吸收系数。对Do模型,对半透明介质,还需要折射率参数。
吸收系数是对与气体而言的,见比尔定律。
常数;多成分吸收系数:水蒸气和二氧化碳的质量分数的函数。(用于燃烧计算)。你需要选择吸收路径的计算方法,1,wsggm-cell-based,不许输入其他参数,2,wsggm-domain-based,会计算区域的平均直径(有效行程),不需其他输入3,wsggm-user-specified,用户自己设置路径长度。另外微粒物会影响吸收系数。
散射系数:默认为0,各向同性的,可以设为常数,温度函数或者用户定义函数。对于燃烧系统,由于微粒物的存在,需要提高该值得设定。(同吸收系数)
折射率:
7.7 质量扩散系数
对于成分的输运方程,有两种设置质量扩散系数的方法。长用的是Fick’s 定律。对于特殊要求,可以使用完整的多成分扩散模型(计算量较大)。
对于层流,采用公式: (1)
其中,Di,m为混合物中I组分的质量扩散系数。Dt,I 为热量扩散系数。
对于湍流:
热扩散系数:
经过该式计算后,重的分子运动的较慢,轻的运动较快。
质量扩散系数的输入:三种方法,
一是,恒定的稀释逼近,对所有的成分设定相同的常量系数。
二是,稀释逼近,为每种成分分别设置常量系数。
三是,多成分方法,定义成分I在成分j中的双元系数,Di,j ,可以是常量,函数。
对于稀释混合物(载体的浓度较大),可以使用前两种方法;而对于非稀释混合物,可以采用第三种输入方法。系统会自动计算I种成分在混合物中的扩散系数。
热扩散系数的输入:
7.8 标准焓(生成焓或者生成热)
对于反应速率无穷大或者漩涡耗散模型的反应流动,需要该参数。

7.9 标准熵
7.10 分子热传递系数
7.11 分子运动论参数
7.12 运行压力
为了在低马赫条件下克服圆整带来的误差影响,使用运行压力(系统平均绝对压力)进行修正。

所有你输入和Fluent报告的都是表压Pgauge.
对于高马赫数的流动,运行压力的意义不大,所以你可以设定为0,此时Pabs将等于Pgauge.
Density
Relati*****hip Mach Number
Regime Operating
Pressure
Ideal Gas Law
0 or
Mean Flow Pressure

Mean Flow Pressure
Profile Function
of Temperature Incompressible not used
C*****tant Incompressible not used
Incompressible
Ideal Gas Law Incompressible Mean Flow Pressure
上表是推荐的设置值。
7.13 参考压力位置
对于不包括压力边界的流动,Fluent在每次迭代后,使用参考压力调节整个区域的压力,保证不浮动。
7.14 真实气体模型
主要用于冷却剂。
8 模拟基本流体流动
质量守恒定律: Sm是从分散相中加入到连续相的质量。
动量守恒定律: 其中是应力张量。
周期性流动:两种,一种没有压降(循环的),一种有压降(周期的)(线性似的周期的流动或者充分发展流动)
线性似周期性流动:应用广泛,包括管排、紧凑型换热器等,在这些模拟中,相似的流动重复出现。另外也包扩充分发展的管流。
主要的约束:1,不可压缩流,2,几何模型必须是平移周期型,3,耦合解算器只可以设置压力变化,分离解算器可以设置压力变化和流量。4,没有静质量的输入或者输出,5,如果包括输入或者输出,成分可以模拟,不允许化学反应。6,分散相或者多相不允许。
速度定义:

压力定义:

对于耦合解算器,△p是一个常数,对于分离解算器,
可以分为线性变化成分和一个周期性的成分。其中β未知,需要通过子迭代来进行计算。你可以设置进行子迭代的步数。
应用:首先,你需要生成一个有多个平移周期性边界的网格。
输入:
1, 分离解算器:可以设置压力梯度或者质量流量。设置质量流量时,需要指定松弛因子、迭代步数、的初始值来控制β的计算。
2, 漩涡或旋转流动
3, 可压缩流动:要设置运行压力(可以认为是环境压力),
4, 非粘性流
9 模拟运动区域的流动(可以使用旋转参考系)
1 多重参考系模型
2 混合平面模型
3 滑动网格模型

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