流体机械结构创新设计技术CFD分析基础-边界条件和湍流.ppt
《流体机械结构创新设计技术CFD分析基础-边界条件和湍流.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《流体机械结构创新设计技术CFD分析基础-边界条件和湍流.ppt(51页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、流 体 机 械 结构创新设计技术,边界条件和湍流简介,1、边界条件,概 况,入口和出口边界条件 速度边界 速度分布图表 湍流参数 压力边界和其它 壁面, 对称, 周期 和 轴对称边界 内流域 流体 多孔介质 移动区域 固体 内部面单元,概 况,边界条件: 直接描述边界上的流动情况. 求解数学方程所必须. 指定进入计算流域的通量. 如,质量、动量和能量 流体和固体区域以单元域来描述. 材料和源项等通过单元域给定. 边界和内面区域以面域来描述. 边界上的数据通过面域给定.,带孔板的管路流动中面和单元域关联,设置边界条件,各区域在前处理过程中划分完成 为特定的域设置边界条件: Define Boun
2、dary Conditions. 在Zone列表中选择域的名称. 在 zone type列表中选择边界类型 点击 Set.按钮进行边界条件的设置 亦可在图形界面中采用鼠标右键来选择边界进行设置. 在以下情况下: 不清楚具体域的位置且首次设置; 模型中含两个以上同类型的边界时。.,入口和出口条件,描述流体流入和流出的边界条件类型: 通用的 压力入口 压力出口 不可压缩流动 速度入口 出流条件 根据不同的物理模型需要设定不同的边界参数. 指导方针: 有流体流入或流出的位置. 有利于收敛. 在边界方向避免出现过大的梯度. 表示设置错误. 减小边界上网格的斜度.,可压缩流动 质量流入口 压力远场条件
3、特殊条件 通风入口, 通风出口, 进气风扇, 排气风扇,速度入口(velocity inlet),定义入口边界的速度向量和标量. 知道入口处的详细速度分布时较好. 默认条件为均匀的速度分布 只适用于不可压缩流动. 流动总(停滞)参数不固定. 停滞参数根据速度分布的不同而变化. 用于计算可压缩流动可能导致不符合物理规律的结果. 应避免在接近固体障碍物的位置设定速度入口条件. 导致不符合物理规律的结果, 不正确的速度场等问题,应用速度分布图,可选择应用UDF来定义入口边界的速度分布. 速度分布图可以是空间相关或者时间相关. 速度分布图还可以由以下手段制作: 通过其它CFD分析结果获得速度分布图 创
4、建含坐标信息和边界数据的文本文件. 速度分布图的超作: Define Profiles 在入口边界条件中选择.,设定湍流参数,当流动为湍流条件,入口、出口、远场边界条件等需要设定湍流参数: 湍流动能 k 湍流耗散率 在实际设置时可采用以下四种方式设定: 明确地设定 k和 设定湍流强度和湍流尺度 设定湍流强度和湍流比率 设定湍流强度和水力直径 湍流强度和湍流尺度决定于上游条件等: 涡轮的排除口 Intensity = 20 % Length scale = 1 - 10 % 叶片宽度 孔板下游 Intensity = 10 % Length scale = 孔的尺寸 水渠或管路中完全发展的流动
5、Intensity = 5 % Length scale = 水力直径,压力边界条件,压力边界条件需要输入参数为表压: 操作压力的输入: Define Operating Conditions 以下情况可用压力条件: 流速未知 (如重力驱动流动). 出口处的自由流动.,压力入口条件(pressure inlet),定义总压、温度和其它标量. 超音速/初始表压: 定义超音速流动的静压. 对于不可压缩流动,可用于流场的初始化. 总温: 对于可压缩流动必须定义. 对于不可压缩流动,可用于定义静温度.,压力出口条件(pressure outlet) (1),定义出口静压. 出口处外部环境的表压. 径向
6、压力平衡选项. 逆向来流: 在求解过程中或部分区域中出现. 假设方向垂直于边界. 可以减少收敛的难度. 当逆流发生时,设定的静压值作为总压计算.,压力出口条件(pressure outlet) (2),不可压缩流动: 输入静压定义出口边界条件 其它所有边界参数通过内部流动计算获得. 可压缩流动: 如果局部超音速,则忽略静压输入. 所有边界参数通过内部流动计算获得. 当入口采用压力入口,则出口必须采用压力出口.,出流(outflow)条件,除了压力参数外,流域内流出的流体在Outflow边界上流动参数的法向梯度为零. FLUENT 通过内部流动的计算外推. 对以下情况适用: 事先不知道所计算问题
7、的速度和压力. 在出口的流动接近于充分发展条件的情况下比较合适. 注: 在有回流产生的情况下,采用压力出口条件代替出流条件可能更加有利于求解问题的收敛.,出流 (Outflow)条件的限制,出流条件不能应用于: 可压缩流动. 在采用压力入口的情况下 (通常可用速度入口代替): 密度会改变的非定常流动.,模拟多出口条件,应用Outflow 边界条件: 默认条件下,质量流平均分配. 默认条件下流量权重 (FRW) 设为1. 对于不均匀的流动分布: 设定各出口的流量权重: mi=FRWi/FRWi. 各出口静压根据流动的分布不同而不同. 也可以采用压力出口条件设定.,其它进口和出口边界条件,质量流量
8、入口 用于可压缩流动设定入口的质量流量. 对于不可压缩流动是不必要的. 压力远场条件 在密度基于理想气体假设计算的情况下是有用的. 对于无限大流场中的外流计算问题. 排气风扇和通风出口Exhaust Fan/Outlet Vent 在出口处存在压力的增高或降低. 进气风扇和通风入口Inlet Vent/Intake Fan 在入口处存在压力的增高或降低.,固壁条件,包含流体和固体的表面. 对于粘性流动,采用无滑移的条件: 壁面上流体切向速度等于固壁速度. 法向速度为 0 传热边界条件: 温度、热量和辐射等多种条件. 固壁材料的传热可定义为一维的传热计算. 对于湍流,固壁上的粗糙度可定义. 壁面
9、剪切速率和传热特性决定于壁面附近的流场. 固壁可设定平动和旋转移动.,对称边界条件,减少计算流域. 流场和几何结构必须对称: 对称面上的法向速度为零 对称面上的所有参量梯度为零 对称面不需输入参数. 对称面的设定需慎重. 也可用于模拟粘性流动中的滑移壁面,周期性(Periodic)边界条件,几何结构及其流动或传热具有周期性特征. 减少计算流域和计算量. FLUENT里可用的两种形式. 通过周期面的p = 0. 旋转和平移周期性条件. 旋转周期性条件需要区域为旋转运动. 通过周期面存在一定的p. 默认条件下,FLUENT设定为平移周期性条件.,周期性条件:例子,p = 0:,p 0:,轴对称条件
10、,主要用于: 中心轴对称网格 3D O-type grid 设定: 不需另外设定参数,AXIS boundary,单元域: 流体,流体域 = 需求解的各单元组合. 流体参数输入. 组份,相. 允许设置源项: mass, momentum, energy, etc. 定义为层流 可以定义为多孔渗流. 设定旋转周期流动的旋转轴. 定义流域的运动.,多孔介质(Porous Media)条件,处理为特殊的流域. 在 Fluid panel激活. 压力损失可通过输入的阻力系数确定, 或由集中参数模型计算. 用于模拟通过多孔介质的流动 或其它分布式结构的阻力., 过滤器 过滤纸 多孔板 流体分布器 管束,
11、移动区域,单区域: 旋转参考系模型 流动采用移动的参考坐标系描述 应用上限制较多 多区域: 每个区域均采用不同坐标系描述: 多参考坐标系模型 混合面模型 一个区域出口的流场参数用作 相邻的下一个区域的入口条件. 每个区域定义为移动网格: 滑移网格模型 定义分界面. 网格位置需要计算,非定常 动网格,单元域: 固体,固体域 = 需求解热传导问题的固体单元组合. 不需求解流动 对于材料处理,还可设定为流体,但没有对流发生. 还允许输入固体内的热源. 可以定义固体区域的运动,内面(Internal Face)条件,定义单元面 没有厚度 用于分割不同区域. 用于实现以下物理模型: 旋转机械 多孔渗水.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 流体 机械 结构 创新 设计 技术 CFD 分析 基础 边界条件 湍流
链接地址:https://www.31doc.com/p-3838034.html