Fluent学习(2)

2019-01-18 19:48

流动入口和出口

使用流动边界条件。一共有十种相关的条件: 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

。其中,△k表示动能

的情况下。5,估算衰退湍流的湍流耗散率: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。

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。

1, 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。

2, 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。 3, 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 Velocity Magnitude 300 0 X-Component of Flow Direction 1 Y-Component of Flow Direction 0 Z-Component of Flow Direction 0 X-Velocity Y-Velocity Z-Velocity Turb. Kinetic Energy Turb. Dissipation Rate Outflow Gauge Pressure 0 0 0 1 1 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:

注意只有正交于控制体表面的速度成分对流量有贡献。 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。

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式计算,

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:

6.10 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。


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