Fluent對稱邊界的案例
【案例】對稱邊界照鏡子
在FEA分析中，我們會(huì)遇到一些模型具有對稱性，在分析時(shí)具有對稱變形，能利用對稱性來進(jìn)行簡化。當(dāng)然這里的前提是模型不僅要對稱，還要求載荷，約束等邊界條件也要對稱。如下如所示結(jié)構(gòu)。
首先我們知道在笛卡爾坐標(biāo)系下，一個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有6個(gè)自由度，分別是沿著X,Y,Z軸3個(gè)平動(dòng)與3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。當(dāng)我們約束一個(gè)面固定時(shí)，實(shí)際上就約束了面內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的6個(gè)自由度。
那么怎樣約束實(shí)際的對稱模型呢？為了更好的理解對稱怎樣約束，我們來看看下面的說明，以某個(gè)模型YZ平面對稱為例（注意坐標(biāo)系）：
把對稱面考慮成假想的鏡面，構(gòu)件對著對稱面（YZ平面）照鏡子
首先假想構(gòu)件向X方向移動(dòng)。那樣邊界部分從假想鏡面出來，這是將不關(guān)于YZ平面對稱。所以需要約束X方向的位移。
其次向Y方向運(yùn)動(dòng)試試，很明顯此時(shí)沒有問題，不論沿著Y方向如何移動(dòng)都是關(guān)于YZ平面對稱，所以Y方向不需要約束。
同樣的依次將其沿Z軸運(yùn)動(dòng)，X軸旋轉(zhuǎn)，Y軸旋轉(zhuǎn)，Z軸旋轉(zhuǎn)，如下所示
由上面幾幅圖可以看出，沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)時(shí)和Y軸類似，也是可以的；繞X軸旋轉(zhuǎn)也沒問題；繞Y軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，鏡面（即YZ平面）兩次一高一低，將不關(guān)于鏡面對稱，所以繞Y軸旋轉(zhuǎn)是不允許的；繞Z軸旋轉(zhuǎn)很明顯也不可以。
綜上，我們以照鏡子方式說明了一個(gè)模型關(guān)于鏡面YZ平面對稱時(shí)，需要有哪些約束條件，可以看出需要約束Z軸的平移自由度、Y軸Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度，而其他三個(gè)自由度不需要約束。通過鏡面對稱可以非常直觀的理解這種對稱問題。
來源：有限元在線的博客，版權(quán)歸作者所有。
展開 對稱邊界條件原理解釋！
對稱邊界條件原理解釋！
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ANSYS Workbench Mechanical 設(shè)置對稱邊界及結(jié)果擴(kuò)展顯示
對于三維實(shí)體，往往會(huì)遇到取對稱單元開展計(jì)算的情況。我們需要對實(shí)體設(shè)置邊界，此外在做結(jié)果顯示的時(shí)候也希望能對結(jié)果進(jìn)行顯示，能完整顯示實(shí)體的結(jié)果云圖，而非對稱單元的結(jié)果云圖。以下操作基于Workbench進(jìn)行。
首先對Workbench進(jìn)行設(shè)置。Workbench暫時(shí)默認(rèn)無法對模型進(jìn)行擴(kuò)展顯示，如果需要擴(kuò)展顯示整體模型，還需進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置。打開Workbench，在主界面中依次選擇工具(Tool)->選項(xiàng)(Option)->外觀(Appearance)，勾選試用版選項(xiàng)(Beta Options)的復(fù)選框，如圖 1所示。
圖 1 在Workbench中打開對稱擴(kuò)展顯示設(shè)置操作
1 鏡像對稱設(shè)置及結(jié)果擴(kuò)展顯示
對于鏡像對稱實(shí)體，現(xiàn)有案例如圖 2所示。該模型由兩個(gè)同軸同高的半圓筒組成。
圖 2 鏡像對稱實(shí)體案例
首先設(shè)置對稱邊界。從Workbench進(jìn)入mechanical界面。項(xiàng)目樹中默認(rèn)不顯示對稱邊界選項(xiàng)，需要手動(dòng)添加。點(diǎn)擊項(xiàng)目樹中的“模型”起始級(jí)，再點(diǎn)擊功能區(qū)中的“模型->對稱”，添加對稱邊界選項(xiàng)。界面操作如圖 3所示。
圖 3 Workbench Mechanical添加對稱邊界選項(xiàng)
添加對稱類型。本案例是鏡像對稱實(shí)體，需要添加對稱區(qū)域（鏡像對稱）。點(diǎn)擊項(xiàng)目樹中的“對稱”，在功能區(qū)中點(diǎn)擊“對稱區(qū)域”添加。界面操作如圖 4所示。
圖 4 Workbench Mechanical添加對稱區(qū)域操作
添加對稱邊界。點(diǎn)擊項(xiàng)目樹中的“模型->對稱->對稱區(qū)域”，在詳細(xì)信息框中進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置。選擇對稱面，選擇一個(gè)或多個(gè)在同一對稱面上的平面特征即可。
展開 添加循環(huán)對稱（含周期邊界）和彈簧的視頻
附件是關(guān)于添加循環(huán)對稱條件和彈簧單元的例子，歡迎下載
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多面體對稱機(jī)型網(wǎng)格劃分加fluent計(jì)算，含全部模型文件，網(wǎng)格文件和fluent文件 ￥30
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fluent使用經(jīng)驗(yàn) y+ 周期性邊界條件 收斂標(biāo)準(zhǔn) 修改fluent中單位
4.創(chuàng)建一對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?xiàng)l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)算流量分配問題（比如有多個(gè)出口的問題）
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.不要使用那些書上寫的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 彈丸侵徹碳化硅陶瓷/纖維復(fù)合材料靶板，對稱模型、復(fù)合材料鋪層、材料方向、粘結(jié)接觸、無反射邊界設(shè)置 ￥9.9
FLUENT明渠邊界應(yīng)用
FLUENT的VOF模型中，包含有明渠流動(dòng)（Open Channel Flow）選項(xiàng)，同時(shí)含包含有造波邊界（Open Channel Wave BC），用戶還可以使用Numerical Beach選項(xiàng)進(jìn)行邊界消波處理。想深入了解此功能的童鞋們，可以查看fluent文檔。這里我們以一個(gè)簡單的實(shí)例來說明這三個(gè)選項(xiàng)的使用方法。
1、問題描述
這里方便起見，以2D問題為例。水深2.7m，長度20m，水面標(biāo)高0m。計(jì)算域如圖1所示。設(shè)置左側(cè)面為速度入口邊界，速度v=0.5m/s，右側(cè)面為自由出流邊界。采用open channel wave BC邊界需要設(shè)定入射波。本問題中，設(shè)定波高0.4m，波長2m，波頭角0°，相位角-270°。
圖1 問題描述
2、在workbench中建立模型
啟動(dòng)workbench，拖拽方式加入fluent模塊，如圖2所示。右鍵點(diǎn)擊A2單元格，選擇Properties，在彈出的屬性框中設(shè)置Analysis Type為2D。雙擊A2單元格進(jìn)入DM模塊。
圖2 加入fluent模塊
3、DM中建立幾何
選擇XYPlane進(jìn)行草圖繪制（注意2D幾何必須創(chuàng)建與XY平面上）。進(jìn)入Sketching標(biāo)簽頁，選取合適的草圖繪制工具，繪制如圖1所示的幾何。草圖繪制完畢后，選擇Concept > Surface From Sketches，選擇Base Objects為繪制好的草圖，點(diǎn)擊Generate創(chuàng)建surface。退出DM模塊。
圖3 建立surface
4、劃分網(wǎng)格
雙擊圖2所示的A3單元格進(jìn)入mesh模塊。為計(jì)算域劃分網(wǎng)格。在樹形菜單上點(diǎn)擊右鍵，選擇insert > Mapped Face Meshing，選擇幾何體，采用map方式劃分網(wǎng)格。
展開 【轉(zhuǎn)】FLUENT的邊界類型
在前處理軟件中設(shè)置了interface，導(dǎo)入到fluent中若沒有設(shè)定grid interface，則在網(wǎng)格檢查中依然會(huì)報(bào)錯(cuò)，不過設(shè)定了interface對之后再檢查的話，錯(cuò)誤提示會(huì)消失。
其實(shí)我個(gè)人的建議是，在gambit中只指定名稱而不指定邊界類型，具體的類型到fluent中再修改。當(dāng)然修改中還是要遵循上面的規(guī)則的。單面類型的邊界一定只能應(yīng)用于外邊界，雙面類型區(qū)域只能用于計(jì)算域內(nèi)部。
ANSYS Fluent 邊界條件（二）之outflow自由出口
ANSYS Fluent 邊界條件outflow自由出口的介紹及使用。
一、outflow簡介
當(dāng)出口壓力與速度均未知時(shí)，可以使用Outflow邊界條件。該邊界通常無需定義任何物理參數(shù)，Fluent利用計(jì)算域內(nèi)部信息通過數(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(和/或其他性質(zhì)的分布，如溫度)在流動(dòng)方向上不變的流動(dòng)。需要注意的是，在Outflow邊界上只有法向方向的擴(kuò)散通量為零，切向方向依然可以存在梯度。
二、使用限制
入口為壓力入口時(shí)，不可以使用outflow，此時(shí)應(yīng)該使用壓力出口；
outflow邊界不能用于可壓縮流動(dòng)，不可壓縮流動(dòng)最好用壓力出口；
在不可壓縮的情況下，歐拉模型或混合多相模型可以使用outflow邊界。但如果出口可能產(chǎn)生回流，或流場在出口位置非充分發(fā)展時(shí)，通常使用壓力出口邊界。
三、使用說明
在完全展開的流中，流出邊界條件是遵循的，其中出口方向上所有流動(dòng)變量的擴(kuò)散通量為零。但是，也可以在流動(dòng)尚未完全展開的物理邊界處定義流出邊界，如果出口處的零擴(kuò)散通量假設(shè)預(yù)計(jì)會(huì)對流動(dòng)解決方案產(chǎn)生很小的影響，則可以放心使用。
位置A作為Outflow邊界通常會(huì)計(jì)算不收斂，計(jì)算結(jié)果通常是無效的。因?yàn)樵撐恢么嬖趪?yán)重的流動(dòng)回流，通過該邊界的質(zhì)量流量是不確定的。此時(shí)應(yīng)當(dāng)使用壓力出口邊界；
位置B位于后向臺(tái)階再循環(huán)再附點(diǎn)附近。在該位置使用Outflow邊界是不合適的。該位置垂直于出口平面的梯度很大，可以預(yù)料到該邊界對上游流場影響較大，因此在該位置選擇Outflow邊界是不合適的；
位置C所示的出口邊界位于流動(dòng)充分發(fā)展的區(qū)域。
展開 
三十三、Fluent邊界條件湍流參數(shù)設(shè)置詳解
邊界條件概述</strong></p><p> </p><p><strong>1.1 邊界條件概念</strong></p><p><br></p><p>邊界條件說白了就是求解微分方程的某些附加條件，這些附加條件對計(jì)算邊界做出了要求，比如某個(gè)邊界溫度必須為500K，Fluent求解時(shí)必須首先滿足這些要求。</p><p><br></p><p>求解任何微分方程都需要給定兩類條件才能求出定解，一類是邊界條件，另一類就是初始條件。</p><p><br></p><p>Fluent恰巧需要用戶給出這兩類條件(實(shí)際上任何數(shù)值軟件如Matlab都需要給出這兩類條件)。</p><p><br></p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy9N2FhkJ4HWNaJA2DPQMlmMoksqiarYia3g2gcIFcX69xUNVFYkus6YERyYGMtlNO7wqAAbgQy3UY9Q/640?wx_fmt=png"> </p><p><br></p><p><strong>1.2 Fluent邊界條件</strong></p><p><br></p><p>Fluent邊界條件類型非常非常豐富，僅僅針對進(jìn)出口邊界，Fluent就提供了12種邊界條件類型。
展開 fluent邊界條件的修改與設(shè)定的一些技巧
求解邊界條件的確定是計(jì)算流體力學(xué)中一個(gè)非常重要的問題。流場的數(shù)值模擬需在有限區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，因此，在區(qū)域邊界上給定邊界條件時(shí)要求在數(shù)學(xué)上滿足適定性，在物理上具有明顯意義。 邊界條件一般是在求解區(qū)域的邊界上，求解的變量隨地點(diǎn)和時(shí)間的變化情況。對于Fluent計(jì)算，邊界條件的設(shè)置直接影響到計(jì)算結(jié)果的精度。
1、邊界條件分類
從應(yīng)用角度來看，fluent中邊界條件分類如下：
（1）進(jìn)出口邊界條件：壓力、速度、質(zhì)量進(jìn)口、進(jìn)風(fēng)口、進(jìn)氣扇、壓力出口、壓力遠(yuǎn)場邊界條件、質(zhì)量出口、通風(fēng)口、排氣扇；
（2）壁面、repeating, and pole boundaries：壁面，對稱，周期，軸；
（3）內(nèi)部單元區(qū)域：流體、固體( 多孔是一種流動(dòng)區(qū)域類型)；
（4）內(nèi)部表面邊界：風(fēng)扇、散熱器、多孔跳躍、壁面、內(nèi)部。（內(nèi)部表面邊界條件定義在單元表面，這意味著它們沒有有限厚度，并提供了流場性質(zhì)的每一步的變化。這些邊界條件用來補(bǔ)充描述排氣扇、細(xì)孔薄膜以及散熱器的物理模型。內(nèi)部表面區(qū)域的內(nèi)部類型不需要你輸入任何東西。)
2、邊界條件面板
邊界條件面板通過以下步驟打開：fluent打開——讀取mesh——選擇Define——Boundary Conditions...，到此面板已經(jīng)打開，見下圖：
通過面板，可以發(fā)現(xiàn)，能夠進(jìn)行以下設(shè)置：邊界類型的更改、邊界條件的給定、以及邊界條件的復(fù)制。
（1）邊界類型的更改
假如我們在前處理軟件中，只是對邊界進(jìn)行了分隔開，而沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定時(shí)，或者原本設(shè)定的邊界條件有誤時(shí)，此時(shí)，我們可以通過以下操作進(jìn)行更改類型。
首先在Zone中選擇要更改的邊界名，得到下面的示意圖。
展開 FLUENT中關(guān)于邊界和域的操作
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（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）。
展開 關(guān)于Fluent熱邊界條件清單
1、壁面熱邊界，是基于Fluent計(jì)算傳熱問題的關(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、對流邊界：
對流換熱邊界只針對流體，基于傳遞熱通量相等原理，得到了上式，默認(rèn)在壁面位置沒有溫降低也沒有吸熱，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)在壁面位置沒有溫降低也沒有吸熱，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)熱量基于對流換熱計(jì)算，在壁面外側(cè)熱量基于輻射傳熱定律和對流換熱計(jì)算計(jì)算。默認(rèn)在壁面位置沒有溫降低也沒有吸熱，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。
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