Fluent邊界條件設置
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-12
Fluent邊界條件設置的視頻教程
Fluent邊界條件設置的實例教程
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，這些附加條件對計算邊界做出了要求，比如某個邊界溫度必須為500K，Fluent求解時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(實際上任何數值軟件如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，僅僅針對進出口邊界，Fluent就提供了12種邊界條件類型。
展開 7， 進口通風（inlet vent）：進口風扇條件需要給定一個損失系數，流動方向和環境總壓和總溫。
8， 進口風扇（intake fan）：進口風扇條件需要給定壓降，流動方向和環境總壓和總溫。
9， 出口通風（out let vent）：排出風扇給定損失系數和環境靜壓和靜溫。
10, 排氣扇（exhaust fan）：排除風扇給定壓降，環境靜壓。
11，對稱邊界（symmetry）：對稱邊界條件適用于流動及傳熱場是對稱的情況。
12，周期性邊界（periodic）：如果我們關心的流動，其幾何邊界，流動和換熱是周期性重復的，那么可以采取周期性邊界條件。
13，固壁邊界（wall）：對于粘性流動問題，FLUENT默認設置是壁面無滑移條件。對于壁面有平移運動或者旋轉運動時，可以指定壁面切向速度分量，也可以給出壁面切應力從而模擬壁面滑移。
一、速度進口邊界條件（velocity-inlet）
給出進口速度及需要計算的所有標量值。該邊界條件適用于不可壓縮流動問題，對可壓縮問題不適用，否則該入口邊界條件會使入口處的總溫或總壓有一定的波動。
展開 求解邊界條件的確定是計算流體力學中一個非常重要的問題。流場的數值模擬需在有限區域內進行，因此，在區域邊界上給定邊界條件時要求在數學上滿足適定性，在物理上具有明顯意義。 邊界條件一般是在求解區域的邊界上，求解的變量隨地點和時間的變化情況。對于Fluent計算，邊界條件的設置直接影響到計算結果的精度。
1、邊界條件分類
從應用角度來看，fluent中邊界條件分類如下：
（1）進出口邊界條件：壓力、速度、質量進口、進風口、進氣扇、壓力出口、壓力遠場邊界條件、質量出口、通風口、排氣扇；
（2）壁面、repeating, and pole boundaries：壁面，對稱，周期，軸；
（3）內部單元區域：流體、固體( 多孔是一種流動區域類型)；
（4）內部表面邊界：風扇、散熱器、多孔跳躍、壁面、內部。（內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，并提供了流場性質的每一步的變化。這些邊界條件用來補充描述排氣扇、細孔薄膜以及散熱器的物理模型。內部表面區域的內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...，到此面板已經打開，見下圖：
通過面板，可以發現，能夠進行以下設置：邊界類型的更改、邊界條件的給定、以及邊界條件的復制。
（1）邊界類型的更改
假如我們在前處理軟件中，只是對邊界進行了分隔開，而沒有進行適當的設定時，或者原本設定的邊界條件有誤時，此時，我們可以通過以下操作進行更改類型。
首先在Zone中選擇要更改的邊界名，得到下面的示意圖。
展開 1.define-general-scale中，view length unit in表示設置長度的工作單位。
2.write case的時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）殘差達到一個可以接受的程度：默認出了能量是10^-6以外，其余的全是10^-3。
（2）求解值不再隨迭代發生改變：有時候，殘差還在下降，但是某些監視的流動變量不再發生變化即可。
（3）系統的質量、動量、能量達到平衡：利用flux report實現，要求凈不平衡量小于0.2%。
4.創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,再根據提示選擇相應的面。
5.outflow邊界條件不需要給定任何入口的物理條件，但是應用也會有限制，大致為以下四點：
1.只能用于不可壓縮流動
2.出口處流動充分發展
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.不能用于計算流量分配問題（比如有多個出口的問題）
6.在壓力出口中，會要求輸入相應的backflow turbulent intensity等值，這些值只有在迭代時產生返流的時候才會使用，
通常設置成一個合理的值。算例14中，設置為intensity 10%，diameter hydraulic按實際模型數值。
展開 邊界條件設置圖片
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邊界條件湍流參數設置詳解</p><p><br></p><p>注：Supersonic/Initial Gauge Pressure有兩個作用</p><p>1.
<p>新國標GB38083-2022（<span style="color: rgb(4, 4, 4);">代替GB/T 31467.3-2015</span>）中對新能源電池pack的結構強度進行了強制性的要求。在設計階段，各主機廠都將電池pack需通過國標強度仿真（包括擠壓、隨機振動、沖擊和模擬碰撞等工況）作為必要條件。本腳本針對abaqus求解器開發，可一鍵完成電池pack國標要求工況邊界條件的設置
4.出口邊界條件
出口邊界條件包含了靜壓力出口和“出口”。靜壓力出口比較常用，通常需要設置背壓值，在考慮到熱交換的時候也需要設置溫度參考值；靜壓力出口無法指定速度的方向；靜壓力出口可以配合所有的入口邊界條件來使用。
出口的位置也會對整個流場起著關鍵性作用，不同的出口位置也會導致整個流場的分布不同。如下圖所示。入口處氣流為均勻的法向方向，出口為靜壓力出口相同的背壓，相同的出口面積
3.入口邊界條件
入口邊界條件包含的速度入口、質量流量入口和停滯入口。在計算前是需要對氣流的方向進行指定的。在一般情況下只考慮三種情況如下圖所示，邊界幾何法向指定：氣流方向與入口邊界垂直；參考角度：設置與邊界形成的夾角；坐標合成：設置局部或全局坐標系上各個分量。
入口邊界的氣流方向不同對結果影響較大，以一個案例來說明在不同角度下整場的速度分布，如下圖
在CFD計算時邊界條件的設置是十分重要的一個環節，邊界條件的準確與否會直接影響最終的計算結果，計算的收斂速度，計算假設的合理性等等。邊界條件表示的是使用數學的方法將求解域與外部空間相互作用的結果，使用邊界上條件進行假設。值得注意的是一個CFD求解精度只能達到邊界條件的精度。
1.邊界條件類型概述
從求解空間上分可以分為內流場和外流場：
下圖是內流場示意圖
ANSYS Fluent 邊界條件outflow自由出口的介紹及使用。
一、outflow簡介
當出口壓力與速度均未知時，可以使用Outflow邊界條件。該邊界通常無需定義任何物理參數，Fluent利用計算域內部信息通過數值外插獲取該邊界上的物理量分布。
Fluent將outflow邊界視作充分發展邊界，假設該邊界上的流動滿足充分發展流動假設。充分發展的流動是流動速度分布
Hydraulic Diameter：輸入0.0037m
注：湍流邊界具體設置可查看文章Chapter33
三十三、Fluent邊界條件湍流參數設置詳解
單擊Thermal 欄，在Total Temperature輸入溫度293K
單擊Species 欄，在Species Mass Fractions o2欄輸入組分質量分數為0.23
注：通過5材料設置可知，methyl-alcohol-air
寫在前面</strong></p><p> </p><p>本來想寫一篇Fluent邊界條件設置的文章，結果發現內容太多，因此退而求其次，想寫進出口邊界設置的文章，發現內容還是太多，最后就寫了這篇單單介紹邊界湍流參數設置的文章，結果內容還是將近3000字。</p><p><br></p><p>本文干貨較多，通過對文章的閱讀，相信對于邊界湍流參數的設置大家不會有任何問題。
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
1、空氣盒子與輻射邊界
1) 不同于HFSS，在HFSS 3D Layout中，空氣盒子及其上的輻射邊界是默認存在的，不用專門添加。默認情況下不顯示空氣盒子，用戶可點擊菜單欄設置。Layout-Draw HFSS Air Box，如下：
2) 如果需要修改空氣盒子設置，點擊菜單欄HFSS 3D Layout--HFSS Extents…，
