Fluent壓力邊界條件
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-12
Fluent壓力邊界條件的視頻教程
通過(guò)prof文件實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的輸入，控制邊界條件（速度壓力，溫度，換熱系數(shù)等）
講解了通過(guò)prof文件實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的輸入，控制邊界條件（速度壓力，溫度，換熱系數(shù)等）
￥50 9分鐘 3播放
查看
Fluent壓力邊界條件的實(shí)例教程
在選擇壓力邊界前，首先要確定是否符合選擇壓力邊界的條件。一般來(lái)說(shuō)，由于流速受壓力梯度的影響，一般壓力邊界不能用在已知流速的邊界。
如果確定選擇壓力邊界，除了設(shè)置流體水深和流體率外，需要注意兩個(gè)方面：
1、駐壓條件stagnation pressure是否需要勾選
2、該使用絕對(duì)壓力還是相對(duì)壓力
該圖來(lái)自案例文件Flow Over a Weir中上游邊界的設(shè)定條件
現(xiàn)對(duì)其解析如下：
（一）
對(duì)不可壓縮的液體，由Bernoulli方程簡(jiǎn)化可得
式中，P 為靜壓（static pressure），為動(dòng)壓（dynamic pressure），P0 為總壓或駐壓（stagnation pressure ）。
在 flow3d 中，對(duì)駐壓和靜壓選擇并非通過(guò)該公式進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，而是應(yīng)該從物理意義上理解二者的區(qū)別。
駐壓理論上為駐點(diǎn)處的壓力，液體質(zhì)點(diǎn)達(dá)到駐點(diǎn)后，停滯不前，壓力在此處有很大的變化。在 flow3d 中，駐壓限定了上游邊界的流速為 0。雖然在數(shù)值上，駐壓和靜壓大小相同，但從物理意義的角度，需要選擇駐壓條件。
對(duì)靜壓來(lái)說(shuō)，flow3d 中限定了選擇靜壓的條件為：邊界法向流速的導(dǎo)數(shù)為 0。
總體而言，駐壓邊界相比靜壓邊界應(yīng)用范圍更廣。
舉例說(shuō)明：
有一簡(jiǎn)單管道，進(jìn)口端與水庫(kù)相接，管中水流為恒定流。
如果計(jì)算區(qū)域的上游邊界選擇在管道的進(jìn)口，則相對(duì)于水庫(kù)來(lái)說(shuō)，管道進(jìn)口可以看作駐點(diǎn)，因此，上游邊界應(yīng)該選擇駐壓邊界。
如果計(jì)算區(qū)域的上游邊界選擇在管道的內(nèi)部，遠(yuǎn)離進(jìn)口的位置，這時(shí)，管道內(nèi)的上游邊界顯然則不能看作駐點(diǎn)，應(yīng)該選擇靜壓邊界。
展開(kāi) 上次談過(guò)不可壓縮流動(dòng)中速度入口，自由出口邊界組合的計(jì)算模型內(nèi)各種壓力關(guān)系，本次采用相同的模型，不過(guò)使用壓力邊界。
FLUENT中壓力邊界包括壓力入口邊界及壓力出口邊界。
入口：壓力入口，總壓500Pa
出口：壓力出口，靜壓0Pa
其他條件保持不變。
1、進(jìn)出口流量統(tǒng)計(jì)
圖 1 流量統(tǒng)計(jì)
利用Report中的Flux進(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)，如圖1所示，可以看出，在不可壓縮流動(dòng)中，進(jìn)出口流量是守恒的。
2、各種壓力統(tǒng)計(jì)
利用Report中的Surface Integral進(jìn)行壓力統(tǒng)計(jì)，這里取Area-Weighted Average。
圖 2 壓力統(tǒng)計(jì)
圖2為各種壓力統(tǒng)計(jì)，從圖中的數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：
（1）入口設(shè)置的是總壓，但靜壓不為0，出口設(shè)置的靜壓為0，統(tǒng)計(jì)得出的靜壓與設(shè)置值一致。
（2）入口與出口動(dòng)壓基本保持一致，由于流量守恒，所以出口與入口平均速度保持一致，它們的細(xì)微差別在于出口位置速度分布不一致所造成，近似可認(rèn)為它們一致。
（3）入口總壓統(tǒng)計(jì)值為500Pa，與輸入值保持一致。出口總壓358.87Pa，與入口總壓并不一致，因此在不可壓流動(dòng)問(wèn)題中，流量守恒，總壓不守恒。
（4）絕對(duì)壓力值=靜壓值+參考壓力值101325。
（5）總壓=靜壓+動(dòng)壓。
3、進(jìn)出口平均速度
圖 3 速度統(tǒng)計(jì)
從圖3所示的速度統(tǒng)計(jì)可以看出，進(jìn)出口速度值相同（因?yàn)榱髁渴睾悖?4、考察整個(gè)計(jì)算域
計(jì)算域內(nèi)總壓不守恒，因?yàn)橛?jì)算中考慮了粘性，粘性力會(huì)導(dǎo)致能量損失。下面將粘性模型改為無(wú)粘流Inviscid，如圖4所示。
圖 4 無(wú)粘流動(dòng)
無(wú)粘計(jì)算的總壓統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。
圖 5 無(wú)粘計(jì)算總壓統(tǒng)計(jì)
從圖5可以看出，采用無(wú)粘模型計(jì)算，進(jìn)出口總壓是守恒的，圖中數(shù)值上的細(xì)微差別是由于誤差所造成。
展開(kāi) 4.創(chuàng)建一對(duì)周期性邊界的的方法：（1）在命令框中按回車，得到命令提示符>
（2）輸入mesh/modify-zones/make-periodic,再根據(jù)提示選擇相應(yīng)的面。
5.outflow邊界條件不需要給定任何入口的物理條件，但是應(yīng)用也會(huì)有限制，大致為以下四點(diǎn)：
1.只能用于不可壓縮流動(dòng)
2.出口處流動(dòng)充分發(fā)展
3.不能與任何壓力邊界條件搭配使用（壓力入口、壓力出口）
4.不能用于計(jì)算流量分配問(wèn)題（比如有多個(gè)出口的問(wèn)題）
6.在壓力出口中，會(huì)要求輸入相應(yīng)的backflow turbulent intensity等值，這些值只有在迭代時(shí)產(chǎn)生返流的時(shí)候才會(huì)使用，
通常設(shè)置成一個(gè)合理的值。算例14中，設(shè)置為intensity 10%，diameter hydraulic按實(shí)際模型數(shù)值。
7.后處理的時(shí)候，顯示速度矢量圖的時(shí)候，箭頭的長(zhǎng)度可以不按速度的大小給出，而僅由箭頭的顏色決定，具體的操作:
Vector options.勾選Fixed Length
8.波爾茲曼數(shù)能表征傳熱中對(duì)流傳熱和輻射傳熱所占的比例，具體的表達(dá)式在第14個(gè)例子的最后。
9.不要使用那些書(shū)上寫(xiě)的y+與yp的計(jì)算公式，那個(gè)公式一般只能提供數(shù)量級(jí)上的參考。推薦大家使用NASA的粘性網(wǎng)格間距計(jì)算
器，設(shè)定你想要的y+值，它就能給你計(jì)算出第一層網(wǎng)格高度，與計(jì)算結(jié)果的y+很接近。
展開(kāi) 1、壁面熱邊界，是基于Fluent計(jì)算傳熱問(wèn)題的關(guān)鍵，因此大家有必須把各類邊界條件研究清楚。
-熱通量（熱流密度）；
-溫度
-對(duì)流
-輻射
-混合
-基于系統(tǒng)耦合器
-基于映射界面
2、Fluent壁面熱邊界條件的理論基礎(chǔ)就是1維傳熱學(xué)
3、熱流密度邊界：
上述適用于壁面臨近的區(qū)域?yàn)榱黧w區(qū)域，當(dāng)壁面臨界的區(qū)域?yàn)楣腆w區(qū)域時(shí)，則使用下式計(jì)算：
4、溫度邊界：
壁面一側(cè)為流體區(qū)域時(shí)
壁面一側(cè)為固體區(qū)域時(shí)
5、對(duì)流邊界：
對(duì)流換熱邊界只針對(duì)流體，基于傳遞熱通量相等原理，得到了上式，默認(rèn)在壁面位置沒(méi)有溫降低也沒(méi)有吸熱，如果用戶設(shè)置了壁面厚度，則可以考慮熱阻，如果用戶設(shè)置生熱率則可以考慮壁面發(fā)熱。
6、熱輻射邊界：
熱輻射邊界只針對(duì)流體，基于傳遞熱通量相等原理，得到了上式，在Fluent流體區(qū)域一側(cè)熱量基于對(duì)流換熱計(jì)算，在壁面外側(cè)熱量基于輻射傳熱定律計(jì)算。默認(rèn)在壁面位置沒(méi)有溫降低也沒(méi)有吸熱，如果用戶設(shè)置了壁面厚度，則可以考慮熱阻，如果用戶設(shè)置生熱率則可以考慮壁面發(fā)熱。
7、混合傳熱邊界：
混合傳熱邊界只針對(duì)流體，基于傳遞熱通量相等原理，得到了上式，在Fluent流體區(qū)域一側(cè)熱量基于對(duì)流換熱計(jì)算，在壁面外側(cè)熱量基于輻射傳熱定律和對(duì)流換熱計(jì)算計(jì)算。默認(rèn)在壁面位置沒(méi)有溫降低也沒(méi)有吸熱，如果用戶設(shè)置了壁面厚度，則可以考慮熱阻，如果用戶設(shè)置生熱率則可以考慮壁面發(fā)熱。
展開(kāi) 給定進(jìn)口邊界上的質(zhì)量流量，此時(shí)局部進(jìn)口總壓是變化的，用以調(diào)節(jié)速度，從而達(dá)到給定的流量，這使得計(jì)算的收斂速度變慢。所以，如果壓力邊界條件和質(zhì)量邊界條件都適合流動(dòng)時(shí)，優(yōu)先選擇用壓力進(jìn)口條件。對(duì)于不可壓速流動(dòng)，由于密度是常數(shù)，可以選擇用速度進(jìn)口邊界條件。
四、壓力出口邊界條件（pressure-outlet）
給定出口的靜壓（表壓）。該邊界條件只能用于模擬亞音速流動(dòng)。如果當(dāng)?shù)厮俣纫呀?jīng)超過(guò)音速，則該壓力在計(jì)算過(guò)程中就不采用了。壓力根據(jù)內(nèi)部流動(dòng)計(jì)算結(jié)果給定。其它量都是根據(jù)內(nèi)部流動(dòng)外推出邊界條件。該邊界條件可以處理出口有回流問(wèn)題，合理的給定出口回流條件，有利于解決有回流出口問(wèn)題的收斂困難問(wèn)題。
出口回流條件需要給定：出口靜壓，回流總溫（如果有能量方程），湍流參數(shù)（湍流計(jì)算），回流組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（有限速率模型模擬組分輸運(yùn)），混合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其方差（PDF計(jì)算燃燒）。如果有回流出現(xiàn)，給的表壓將視為總壓，所以不必給出回流壓力。回流流動(dòng)方向與出口邊界垂直。
在出口壓力邊界條件給定中，需要給定出口靜壓（表壓）。當(dāng)然，該壓力只用于亞音速計(jì)算。如果局部變成超音速，則根據(jù)前面來(lái)流條件外推出口邊界條件。需要特別指出的是，這里的壓力是相對(duì)于前面給定的工作壓力。
FLUENT給出了徑向平衡出口邊界條件供大家選擇（適用于三維和軸對(duì)稱有旋流動(dòng)）。這時(shí)候，只有在半徑很小的區(qū)域使用給定的靜壓邊界條件，其它地方，假定徑向速度可以忽略而計(jì)算得到，壓力梯度為：
即使是周向旋轉(zhuǎn)速度為零，該邊界條件也可以用。
五、壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件（pressure-far-field）
如果知道來(lái)流的靜壓和馬赫數(shù)，FLUENT提供了的壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件來(lái)模擬該類問(wèn)題。該邊界條件只適合用理想氣體定律計(jì)算密度的問(wèn)題，而不能用于其它問(wèn)題。為了滿足壓力遠(yuǎn)場(chǎng)條件，需要把邊界放到我們關(guān)心區(qū)域足夠遠(yuǎn)的地方。
展開(kāi) 
Fluent壓力邊界條件的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
Fluent壓力邊界條件的最新內(nèi)容
ANSYS Fluent 邊界條件outflow自由出口的介紹及使用。
一、outflow簡(jiǎn)介
當(dāng)出口壓力與速度均未知時(shí)，可以使用Outflow邊界條件。該邊界通常無(wú)需定義任何物理參數(shù)，F(xiàn)luent利用計(jì)算域內(nèi)部信息通過(guò)數(shù)值外插獲取該邊界上的物理量分布。
Fluent將outflow邊界視作充分發(fā)展邊界，假設(shè)該邊界上的流動(dòng)滿足充分發(fā)展流動(dòng)假設(shè)。充分發(fā)展的流動(dòng)是流動(dòng)速度分布
<p><strong>0. 寫(xiě)在前面</strong></p><p> </p><p>本來(lái)想寫(xiě)一篇Fluent邊界條件設(shè)置的文章，結(jié)果發(fā)現(xiàn)內(nèi)容太多，因此退而求其次，想寫(xiě)進(jìn)出口邊界設(shè)置的文章，發(fā)現(xiàn)內(nèi)容還是太多，最后就寫(xiě)了這篇單單介紹邊界湍流參數(shù)設(shè)置的文章，結(jié)果內(nèi)容還是將近3000字。</p><p><br></p><p>本文干貨較多，通過(guò)對(duì)文章的閱讀，相信對(duì)于邊界湍流參數(shù)的設(shè)置大家不會(huì)有任何問(wèn)題。</p
FLUENT精典案例-翼型俯仰運(yùn)動(dòng)仿真（NACA0012，壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界）-#354
01
案例介紹
NACA0012翼型作俯仰運(yùn)動(dòng)過(guò)程的仿真，監(jiān)測(cè)量升力、阻力的變化（其它結(jié)果可自動(dòng)保存時(shí)間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)出圖），翼型俯仰運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：α=0.016°+2.51°sin（5t），馬赫數(shù)Ma=0.755，雷諾數(shù)5.5×10e5。本例先作穩(wěn)態(tài)計(jì)算（穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)攻角為5°，且不考慮俯仰運(yùn)動(dòng)
FLUENT提供了10種類型的流動(dòng)進(jìn)、出口條件，它們分別是：
?一般形式： ?可壓縮流動(dòng)：
壓力進(jìn)口 質(zhì)量進(jìn)口
壓力出口 壓力遠(yuǎn)場(chǎng)
?不可壓縮流動(dòng)： ?特殊進(jìn)出口條件：
速度進(jìn)口
1. CFD中說(shuō)的壓力通常指的是中學(xué)里學(xué)的壓強(qiáng)，其單位是Pa，或者kg/(m·s2)。
2. 大氣壓、表壓和絕對(duì)壓力這三種壓力為流體力學(xué)中的概念。
大氣壓 ( atmospheric pressure )指的大氣對(duì)浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)。一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1atm）=760毫米汞柱（mmHg）=101325Pa。
表壓（gauge pressure）指的是壓力表測(cè)壓值。根據(jù)目前壓力表的工作原理很容易知道表壓是一種特的相對(duì)壓力
其中對(duì)劃分網(wǎng)格說(shuō)的相對(duì)詳細(xì)，有案例比較。需要請(qǐng)自取
劃分網(wǎng)格和邊界條件.pptx
1、壁面熱邊界，是基于Fluent計(jì)算傳熱問(wèn)題的關(guān)鍵，因此大家有必須把各類邊界條件研究清楚。
-熱通量（熱流密度）；
-溫度
-對(duì)流
-輻射
-混合
-基于系統(tǒng)耦合器
-基于映射界面
2、Fluent壁面熱邊界條件的理論基礎(chǔ)就是1維傳熱學(xué)
3、熱流密度邊界：
上述適用于壁面臨近的區(qū)域?yàn)榱黧w區(qū)域，當(dāng)壁面臨界的區(qū)域?yàn)楣腆w區(qū)域時(shí)
在選擇壓力邊界前，首先要確定是否符合選擇壓力邊界的條件。一般來(lái)說(shuō)，由于流速受壓力梯度的影響，一般壓力邊界不能用在已知流速的邊界。
如果確定選擇壓力邊界，除了設(shè)置流體水深和流體率外，需要注意兩個(gè)方面：
1、駐壓條件stagnation pressure是否需要勾選
2、該使用絕對(duì)壓力還是相對(duì)壓力
該圖來(lái)自案例文件Flow Over a Weir中上游邊界的設(shè)定條件
1.define-general-scale中，view length unit in表示設(shè)置長(zhǎng)度的工作單位。
2.write case的時(shí)候如果輸出文件的后綴為.cas.gz(或者.gz),那么，cas文件將以壓縮包的形式保存。讀入的時(shí)候直接讀入壓縮文件即可。
3.三種判斷收斂的方法：（1）殘差達(dá)到一個(gè)可以接受的程度：默認(rèn)出了能量是10^-6以外，其余的全是10^-3。
上次談過(guò)不可壓縮流動(dòng)中速度入口，自由出口邊界組合的計(jì)算模型內(nèi)各種壓力關(guān)系，本次采用相同的模型，不過(guò)使用壓力邊界。
FLUENT中壓力邊界包括壓力入口邊界及壓力出口邊界。
入口：壓力入口，總壓500Pa
出口：壓力出口，靜壓0Pa
其他條件保持不變。
1、進(jìn)出口流量統(tǒng)計(jì)
圖 1 流量統(tǒng)計(jì)
利用Report中的Flux進(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)，如圖1所示，可以看出，在不可壓縮流動(dòng)中，進(jìn)出口流量是守恒的
