仿真技巧 | Ansys Fluent關于操作條件的設置
Ansys Fluent中的操作條件(Operating Conditions)并不在左側結構樹中進行設置,是很多用戶容易忽略的一個地方,而操作條件沒有設置好或者是理解不夠,會造成計算誤差變大、出現一些看似“奇怪”的結果。
在Ansys Fluent中Ribbon欄里,通過Define標簽頁下的Operating Conditions中可以進入設置。操作條件對話框中顯示需要設置2個條件,分別是壓力和重力。

1、壓力中可以設置浮動操作壓力、操作壓力、參考點位置
Operating Pressure,Fluent計算都是通過表壓進行的,也就是必須要設置一個操作壓力。總壓等于操作壓力加上表壓:

對于低馬赫數的可壓縮流動中,流場中涉及到的表壓的計算通常比總壓小很多,在壓降整體較小的時候,采用總壓計算會造成較大的舍入誤差,對于不可壓理想氣體而言,操作壓力直接參與到流動介質的密度計算,設置合理的操作壓力能保證密度的正確計算。

在高雷諾數的可壓縮流中,操作壓力不是那么重要,因為整體的壓降太大,舍入誤差的影響很小,所以在這類問題中使用總壓來進行計算,也就是操作壓力設置為0。
操作壓力的選擇基于馬赫數以及流體介質密度的計算方式,下表給出操作壓力推薦的設置場景:

Floating Operating Pressure(未在對話框中顯示) 用于計算瞬態可壓縮流,在計算過程中調整區域內的參考壓力,這個選擇對于計算域內存在壓力整體增大的時候是有效的,典型應用的例子包括氣體在封閉區域的燃燒和加熱,氣體泵入密閉空間中。這種情況下計算域內部的相對壓力較小,而整體壓力在不斷變大,通過浮動操作壓力依然可以保持較小的舍入誤差。
Reference Pressure Location用于調整不涉及任何壓力邊界的不可壓縮流的表壓場。當不存在壓力邊界的時候,這點作為壓力場迭代時候的參考點,防止其浮動。這個點處的表壓總是0。
2、在重力中需要指定重力加速度、Boussinesq model的參考溫度以及可變密度,其中重力加速度對于大多數人都是比較熟悉的:選定重力方向,給定大小即可;如果重力方向不沿著坐標軸,可以投影重力到上的坐標軸分量來表示重力。
Boussinesq Parameters 僅當重力和能量都激活的時候才可以設置,對于很多自然對流計算中密度使用Boussinesq model可以更快的收斂,在這這個模型中除了浮力項以外,求解的方程中的密度依然被視為常數,而浮力項中的密度通過下面公式來進行計算:

其中ρ0就是常數密度,T0就是操作溫度,β是熱膨脹系數。Boussinesq僅當溫差較小的時候才能保證求解精度。
在默認情況下,Fluent會遍歷流體區域求解密度的均值作為操作密度,設置操作密度之后,動量方程中的壓力項會修改為:

減小壓力項在動力方程中的權重。但是操作密度的設置本質上不會影響計算的流場結果,僅對壓力場的顯示會有影響,所以在求解某些壓力場的時候會讓用戶會無法理解。比如在求解靜水壓力的時候,由于設置了操作密度,會導致壓力場云圖顯示是均布的,這就是因為操作壓力的設置不當,這個時候將操作壓力改為0,就可以顯示出靜水壓力隨著深度增加而增加的壓力分布。
文章來源于南京安世亞太 ,作者陳瑞
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