FLUENT中關(guān)于邊界和域的操作

仿真前處理（建模、網(wǎng)格、邊界標(biāo)定），通常是一個(gè)慢工細(xì)活的過程，很容易出現(xiàn)疏漏或考慮不周的情況，如物理模型簡(jiǎn)化不夠、仿真域劃分不合理等，這時(shí)返回修改會(huì)導(dǎo)致很大的工作量，造成一些麻煩。實(shí)際上，關(guān)于邊界和域的很多操作，也都是能夠在FLUENT中完成的，雖然不如前處理軟件那邊強(qiáng)大，特殊情況下也能夠解燃眉之急。

共包括以下十小節(jié)：

1、邊界分割（Separate Face Zones）

2、域分割（Separate Cell Zones）

3、刪除域（Delete Zones）

4、合并邊界或域（Merge Zones）

5、網(wǎng)格分割（Slitting Face Zone）

6、邊界融合（Fuse Fase Zones）

7、邊界延長(zhǎng)（Extrude Face Zone）

8、添加域（Append Case）

9、禁用/激活/刪除域（Deactivate/Activate/Delete Cell Zones）

10、創(chuàng)建周期性邊界（Make Periodic）

詳細(xì)內(nèi)容如下(原本臺(tái)式已使用2020R3版，特殊時(shí)期，筆記本作的演示，因而截圖為19.2版本界面)：

1、邊界分割（Separate Face Zones）

邊界分割（Separate Face Zones）用于將多個(gè)標(biāo)定在一起的面（多個(gè)面標(biāo)定在一個(gè)邊界名稱中）分割為各自單一的邊界面。如，劃分網(wǎng)格過程中，在進(jìn)行邊界標(biāo)定時(shí)，不小心將兩個(gè)應(yīng)該單獨(dú)標(biāo)定的面定義成了一個(gè)名字，在FLUENT（Boundary Condition項(xiàng)）中這兩個(gè)面就會(huì)顯示成為一個(gè)邊界，這時(shí)就可以使用邊界分割將這兩個(gè)面分開。

在FLUENT中分離邊界主要有四種分割方式：Angle（根據(jù)角度進(jìn)行分割）、Face（根據(jù)面進(jìn)行分割）、Mark（利用標(biāo)記區(qū)域分割）、Region（利用區(qū)域分割）。其中Angle與Mark方式用得比較多。

例如上圖中，幾何比較規(guī)則，可使用角度進(jìn)行分割。進(jìn)入Mesh > Separate > Faces…子菜單，彈出Separate Face Zones面板，進(jìn)行下圖所示設(shè)置。選擇options為Angle，設(shè)置angle角度為89°，選擇Zones為walls。說明：設(shè)置角度小于面法向夾角時(shí)，面會(huì)被分割成兩部分。例如面法線夾角為90°，因此設(shè)置89°可以將其分割。

完成后在Console窗口出現(xiàn)如下圖所示提示，創(chuàng)建了6個(gè)面。

然后可以在Boundary Condition中按需對(duì)邊界面進(jìn)行重新命名。

2、域分割（Separate Cell Zones）

域分割（Separate Cell Zones）用于將計(jì)算域切割成多個(gè)計(jì)算域。

使用域分割命令，需要先標(biāo)記一個(gè)區(qū)域。如下圖，使用子菜單Adapt >Mark/Adapt Cells >Region。

進(jìn)入Setting Up Domian > Separate > Cells，進(jìn)入Region Adaption面板。

在Region Adaption面板中，輸入標(biāo)記區(qū)域坐標(biāo)范圍，然后點(diǎn)擊Mark。

3、刪除域（Delete Zones）

使用Setting Up Domian >Zones > Delete，在Delete Cell Zones面板中對(duì)處理之后多余的域作刪除操作。

4、合并邊界或域（Merge Zones）

合并邊界或域（Merge Zones）是邊界分割和域分割的逆向操作，不過多解釋。在Multiple Types中選擇的是邊界面則為邊界合并，選擇域則為域合并。但對(duì)于邊界合并而言，僅能夠合并同一個(gè)域內(nèi)的邊界，不能合并不同域內(nèi)的邊界。

使用Setting Up Domian >Combine > Merge，進(jìn)入Merge Zones面板。

如下兩張圖，Multiple Types中為wall，則為合并邊界。

如下圖，Multiple Types中為fluid，則為合并域。

注意：若整體模型中僅存在一個(gè)域，則Multiple Types中將不會(huì)再出現(xiàn)fluid選項(xiàng)，如下圖。

5、網(wǎng)格分割（Slitting Face Zone）

網(wǎng)格分割與邊界分割（Separate Face Zones）不同，不是將多個(gè)面分割為獨(dú)立的面，而是用于將一個(gè)內(nèi)部面（interior）或耦合面（coupled wall）分割為兩個(gè)完全獨(dú)立且重合的面（wall）。例如，使用該命令對(duì)耦合換熱面作處理，可以將耦合面變成兩個(gè)獨(dú)立的面，就不再有熱量的傳遞了。

使用方式：將需要處理的面的類型修改為wall或interior，然后在TUI界面輸入mesh/modify-zones/slit-face-zone，然后回車，然后按提示輸入要處理的邊界面的ID或名稱，再回車，即可完成分割。

6、邊界融合（Fuse Fase Zones）

邊界融合是指將兩個(gè)物理上重合的面進(jìn)行融合，形成一個(gè)內(nèi)部面（interior）或耦合面（coupled wall），與網(wǎng)格分割的作用相反。

進(jìn)入Setting Up Domian > Combine > Fuse…，進(jìn)入Rotate Mesh面板。

7、邊界延長(zhǎng)（Extrude Face Zone）

用于將模型上的某個(gè)邊界面向外拉伸，以延長(zhǎng)流體域。比如出口有回流的問題，就可以在FLUENT中使用該命令延長(zhǎng)出口段，避免直接修改模型再重新劃分網(wǎng)格導(dǎo)致的大量工作。

它有兩種操作方式：

（1）第一種方式

在TUI界面輸入mesh/modify-zones/extrude-face-zone-delta，根據(jù)提示輸入需延長(zhǎng)的邊界面的ID或名稱并回車，然后根據(jù)提示輸入每一段拉伸長(zhǎng)度（單位m），每輸入一個(gè)長(zhǎng)度回車一次（不需再拉伸時(shí)不輸長(zhǎng)度直接回車），最終拉伸長(zhǎng)度為每段之和。

延長(zhǎng)前圖

延長(zhǎng)后圖

（2）第二種方式

在TUI界面輸入mesh/modify-zones/extrude-face-zone-para，根據(jù)提示輸入需延長(zhǎng)的邊界面的ID或名稱并回車，然后輸入需拉伸的總長(zhǎng)度，回車后依次輸入每一段的比例參數(shù)（比例參數(shù)從0一直到1，如0、0.1、0.2、……1，各段數(shù)字表示分別表示各段起點(diǎn)與拉伸起始面的距離占總長(zhǎng)度的比例）。

8、添加域（Append Case）

若需要在一個(gè)案例中，同時(shí)讀取兩個(gè)網(wǎng)格文件，組成新的計(jì)算域。則可以使用Append Case的方式。

以下圖所示的旋轉(zhuǎn)周期性流場(chǎng)域?yàn)槔ù颂幾x取的是兩個(gè)相同的網(wǎng)格，實(shí)際也可以不同），若所取流場(chǎng)區(qū)域偏小，如原本取了1/12，現(xiàn)想改為取1/6區(qū)域，除可在網(wǎng)格軟件中操作外，也可在FLUENT中實(shí)現(xiàn)。

FLUENT中操作示例：

（1）進(jìn)入Setting Up Domian > Transfrom > Rotate（平移周期性網(wǎng)格則使用Translate），進(jìn)入Rotate Mesh面板。

在Rotate Mesh面板中，設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)軸等參數(shù)，然后點(diǎn)擊Rotate完成原始網(wǎng)格的旋轉(zhuǎn)。

（2）進(jìn)入Setting Up Domian > Append > Append Case File…，進(jìn)入Rotate Mesh面板。

完成后如下圖所示。（3）對(duì)于復(fù)制域之后，兩域之間中間重合的面，則可使用邊界融合（Fuse Face Zone）命令作合并，使其變成內(nèi)部面。兩個(gè)域以及其它邊界，也可以使用Merge Zones命令作進(jìn)一步合并。

9、禁用/激活/刪除域（Deactivate/Activate/Delete Cell Zones）

可使用禁用域命令，禁用仿真模型中的某此域，使其不參與計(jì)算。后續(xù)需要其參與計(jì)算時(shí)可使用激活域命令還原。不需要再使用的域也可使用刪除命令清除。

10、創(chuàng)建周期性邊界（Make Periodic）

若在網(wǎng)格軟件中進(jìn)行邊界標(biāo)定時(shí)，沒有設(shè)定周期邊界（指沒有將邊界類型設(shè)定為periodic類型），也可以在FLUENT中作更改。在TUI界面輸入/mesh/modify-zones> make-periodic，根據(jù)分別輸入兩個(gè)邊界面的ID或名稱并回車，然后輸入yes或no確定邊界類型。

小結(jié)

說明：雖然建模、網(wǎng)格等前處理軟件工具中能夠完成的工作，很多也能夠在FLUENT中完成。但在前處理時(shí)，還是要需要仔細(xì)，畢竟在fluent中操作十分不不方便（不能直接對(duì)幾何進(jìn)行操作），而處理軟件中效率高得多。有很多操作還需要借助TUI方式進(jìn)行。