[转帖]压力入口出口的边界条件怎么设置

hyacinth · 发表于 2005-10-7 09:35

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请问该怎么设定压力入口的条件？Gauge Total Pressure 就是我知道的表压吗？Super/initial Gauge Pressure 该怎么确定？压力出口的Gauge Pressure 设置为环境大气压可以吗？ 压力入口边界条件 压力入口边界条件用于定义流动入口的压力以及其它标量属性。它即可以适用于可压流，也可以用于不可压流。压力入口边界条件可用于压力已知但是流动速度和/或速率未知的情况。这一情况可用于很多实际问题，比如浮力驱动的流动。压力入口边界条件也可用来定义外部或无约束流的自由边界。对于流动边界条件的概述，请参阅流动入口和出口一节。 压力入口边界条件的输入
综述
对于压力入口边界条件你需要输入如下信息 驻点总压 驻点总温 流动方向 静压 湍流参数（对于湍流计算） 辐射参数(对于使用P-1模型、DTRM模型或者DO模型的计算) 化学组分质量百分比(对于组分计算) 混合分数和变化(对于PDF燃烧计算) 程序变量(对于预混和燃烧计算) 离散相边界条件(对于离散相的计算) 次要相的体积分数(对于多相计算) 所有的值都在压力入口面板中输入(Figure 1)，该面板是从边界条件打开的。
Figure 1: 压力入口面板 压力输入和静压头 压力场(p_s^')和压力输入(p_s^' or p_0^')包括静压头r_0 g x。也就是FLUENT 以下式定义的压力：
或者
这一定义允许静压头放进体积力项(r - r_0)g中考虑，而且当密度一致时，从压力计算中排除了。因此你的压力输入不因该考虑静压的微分，压力(p^'_s)的报告也不会显示静压的任何影响。有关浮力驱动流动的内容请参阅浮力驱动流动和自然对流的信息
定义总压和总温
在压力入口面板中的Gauge Total Pressure field输入总压值。总温会在Total Temperature field中设定。记住，总压值是在操作条件面板中定义的与操作压力有关的的总压值。不可压流体的总压定义为：
对于可压流体为：
其中：p_0=总压 p_s=静压 M=马赫数 c=比热比(c_p/c_v) 如果模拟轴对称涡流，方程1中的v包括了旋转分量。如果相邻区域是移动的（即：如果使用旋转参考坐标系，多重参考坐标系，混合平面或者滑移网格），而且你是使用分离解算器。那么方程1中的速度（或者方程3中的马赫数）将是绝对的，或者相对与网格速度。这依赖于解算器面板中绝对速度公式是否激活。对于耦合解算器，方程1中的速度（或者方程3中的马赫数）通常是在绝对坐标系下的速度。
定义流动方向
你可以在压力入口明确的定义流动的方向，或者定义流动垂直于边界。如果你选择指定方向矢量，你既可以设定笛卡尔坐标x, y,和z的分量，也可以设(圆柱坐标的)半径，切线和轴向分量。对于使用分离解算器计算移动区域问题，流动方向将是绝对速度或者相对于网格相对速度，这取决于解算器面板中的绝对速度公式是否被激活。对于耦合解算器，流动方向通常是绝对坐标系中的。 定义流动方向的步骤如下，总结请参考Figure 1。 1.在方向指定下拉菜单中选择指定流动方向的方法，或者是方向矢量或者是垂直于边界。 2.如果你在第一步中选择垂直于边界，并且是在模拟轴对称涡流，请输入流动适当的切向速度，如果不是模拟涡流就不需要其它的附加输入了。 3.如果第一步中你选择指定方向矢量，并且你的几何外形是3维的，你就需要选择定义矢量分量的坐标系统。在坐标系下拉菜单中选择笛卡尔(X, Y, Z)坐标，柱坐标（半径，切线和轴），或者局部柱坐标。 笛卡尔坐标系是基于几何图形所使用的笛卡尔坐标系。 柱坐标在下面的坐标系统的基础上使用轴、角度和切线三个分量。 对于包含一个单独的单元区域时，坐标系由旋转轴和在流体面板中原来的指定来定义。 对于包含多重区域的问题（比如多重参考坐标或滑动网格），坐标系由流体（固体）面板中为临近入口的流体（固体）区域的旋转轴来定义。 对于上述所有柱坐标的定义，正径向速度指向旋转轴的外向。正轴向速度和旋转轴矢量的方向相同，正切向方向用右手定则来判断。参阅下图一目了然。 
Figure 1: 在二维、三维和轴对称区域的柱坐标速度分量 当地柱坐标系统允许你对特定的入口定义坐标系，在压力入口面板中你就可以定义该坐标系统。如果你对于不同的旋转轴有几个入口，那么当地坐标系会很有用的。 4.如果你在第一步中指定方向矢量，用如下的方法定义矢量分量： ?如果是二维非对称图形或者你在第三步中选择矢量分量，请输入适当的X, Y, 和(in 3D) Z分量。 ?如果是二维轴对称图形或者第三部分选择了柱坐标，请输入适当的半径，角度以及切线方向的分量。 ?如果使用当地柱坐标系，请输入适当的半径，角度以及切线方向的分量，并指定轴向的X, Y,和Z向分量，以及坐标起点的坐标。 图一就是各个坐标系统的矢量分量。
定义静压
如果入口流动是超声速的，或者你打算用压力入口边界条件来对解进行初始化，那么你必须指定静压(termed the Supersonic/Initial Gauge Pressure)。 需要记住的是这个静压和你在操作条件面板中的操作压力是相关的。请参阅有关于压力输入和静压头相关输入的解释。 只要流动是压声速的，FLUENT会忽略Supersonic/Initial Gauge Pressure，它是由指定的驻点值来计算的。如果你打算使用压力入口边界条件来初始化解域，Supersonic/Initial Gauge Pressure是与计算初始值的指定驻点压力相联系的，计算初始值的方法有各向同性关系式（对于可压流）或者贝努力方程（对于不可压流）。因此，对于压声速入口，它是在关于入口马赫数（可压流）或者入口速度（不可压流）合理的估计之上设定的。

hyacinth · 发表于 2005-10-7 09:36

定义湍流参数
对于湍流计算，有几种方法来定义湍流参数。至于哪种方法合适请参阅决定湍流参数一节。湍流模型是在“湍流模型”一章中介绍
定义辐射参数
如果你打算使用P-1辐射模型、DTRM或者DO模型，你就需要设定内部发散率以及（可选）黑体温度。详情请参阅设定边界条件一节(Rosseland不需要任何边界条件的输入)。
定义组分质量百分比
如果你是用有限速度模型来模拟组分输运，你就需要设定组分质量百分比。详情请参阅组分边界条件的定义。
定义PDF/混合分数参数
如果你用PDF模型模拟燃烧，你就需要设定平均混合分数以及混合分数变化（如果你是用两个混合分数就还包括二级平均混合分数和二级混合分数变化）。具体情况如第三步定义边界条件所述。
定义预混和燃烧边界条件
如果使用与混合燃烧模型，你就需要设定发展变量。请见发展变量的边界条件设定。
定义离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相，你就可以在压力入口设定粒子轨道详情请参阅离散向模型的边界设定。
定义多相边界条件
对于多相流如果使用VOF，cavitation或者代数滑移混合模型，你就需要指定所有二级相的体积分数。详情请参阅VOF模型、cavitation模型或者代数滑移混合模型的边界设定。
压力入口边界条件的默认设定
压力入口边界条件的默认设定如下（国际标准单位）： Gauge Total Pressure0 Supersonic/Initial Gauge Pressure0 Total Temperature300 X-Component of Flow Direction1 Y-Component of Flow Direction0 Z-Component of Flow Direction0 Turb. Kinetic Energy1 Turb. Dissipation Rate1
压力入口边界处的计算程序
FLUENT压力入口边界条件的处理可以描述为从驻点条件到入口条件的非自由化的过渡。对于不可压流是通过入口边界贝努力方程的应用来完成的。对于可压流，使用的是理想气体的各向同性流动关系式。
压力入口边界处的不可压流动计算
流动进入压力入口边界时，FLUENT使用边界条件压力，该压力是作为入口平面p_0的总压输入的。在不可压流动中，入口总压，静压和速度之间有如下关系：。通过你在出口分配的速度大小和流动方向可以计算出速度的各个分量。入口质量流速以及动量、能量和组分的流量可以作为计算程序在速度入口边界的大纲用来计算流动 对于不可压流，入口平面的速度既可以是常数也可以是温度或者质量分数的函数。其中质量分数是你输入作为入口条件的值。在通过压力出口流出的流动，用指定的总压作为静压来使用。对于不可压流动来说，总温和静温相等。
压力入口边界的可压流动计算
对于可压流，应用理想气体的各向同性关系可以在压力入口将总压，静压和速度联系起来。在入口处输入总压，在临近流体单元中输入静压，有关系式如下：
其中马赫数定义为：
马赫数的定义就不详述了。需要注意的是上面的方程中出现了操作压力p_op这是因为边界条件的输入是和操作压力有关的压力。给定p_0^'和p_s^'上面的方程就可以用于计算入口平面流体的速度范围。入口处的各个速度分量用方向矢量来计算。对于可压流，入口平面的密度由理想气体定律来计算：。 R由压力入口边界条件定义的组分质量百分比来计算。入口静温和总温的关系由下式计算：。压力出口边界条件
压力出口边界条件需要在出口边界处指定静（gauge）压。静压值的指定只用于压声速流动。如果当地流动变为超声速，就不再使用指定压力了，此时压力要从内部流动中推断。所有其它的流动属性都从内部推出。
在解算过程中，如果压力出口边界处的流动是反向的，回流条件也需要指定。如果对于回流问题你指定了比较符合实际的值，收敛性困难就会被减到最小。 FLUENT还提供了使用辐射平衡出口边界条件，详情请参阅定义静压一节。 关于流动边界的概述请参阅流动入口和出口一节。
压力出口边界的输入
概述 压力出口边界条件需要输入： 静压 ?回流条件 总温即驻点温度（用于能量计算）。 湍流参数（对于湍流计算） 化学组分质量百分数（对于组分计算）。 混合分数和变化（对于PDE燃烧计算）。 发展变量（对于预混和燃烧计算）。 二级相的体积分数(对于多相流计算) 辐射参数(对于P-1模型、DTRM或者DO模型的计算) 离散相边界条件（对于离散相计算） 上面的所有值都由压力出口面板输入，它是从边界条件打开的（见设定边界条件一节）。
Figure 1: 压力出口面板 定义静压 要在压力出口边界设定静压，请在压力出口面板设定适当的Gauge压力值。这一值只用于压声速。如果出现当地超声速情况，压力要从上游条件推导出来。 需要记住的是这个静压和你在操作条件面板中的操作压力是相关的。请参阅有关于压力输入和静压头相关输入的解释。 FLUENT还提供了使用平衡出口边界条件的选项。要使这个选项激活，打开辐射平衡压力分布。当这一功能被激活时，指定的gauge压力只用于边界处的最小最小半径位置（相对于旋转轴）。其余边界的静压是从辐射速度可忽略不计的假定中计算出来的，压力梯度由下是给出：
其中r是从旋转轴的距离，v_q是切向速度。即使旋转速度为零也可以使用这一边界条件。例如，它可以用于计算通过具有导流叶片的环面流动。 注意：辐射平衡出口条件，只用于三维或者轴对称涡流计算。
定义回流条件
与你所使用的模型一致的回流属性会出现在压力出口面板中。指定的值只用于通过出口进入的流动。
在包含能量的计算中要设定回流总温。 对于湍流计算，有几种定义湍流参数的方法。至于采用哪种方法，需要输入哪些值，请参阅决定湍流参数一节。湍流模型的相关介绍请参阅湍流模型一节。 如果你是用有限速度模型来模拟组分输运，你需要在组分质量分数框中设定回流组分质量分数。详情请参阅组分边界条件的设定。 如果你是使用PDF或者混合分数模型来模拟燃烧，你需要设定回流混合分数以及变化值，详情请参阅定义边界条件一节的第三步。 如果使用预混合燃烧模型，你需要设定回流发展变量。详情请参阅发展变量边界条件的设定。 如果你在模拟多相流动，你需要在体积分数框中设定二级相的回流体积分数。详情请参阅VOF模型、Cavitation模型以及ASM模型边界条件的设定。 如果产生回流，你所指定的Gauge压力将作为总压使用，所以你不必明确的指定回流压力值。这一算例中，流动方向垂直于边界。
如果邻近压力出口的单元区域是移动的（也就是说，如果你使用旋转参考坐标系、多重参考坐标系、混合平面或者滑移网格）而且你是用分离解算器，那么速度对总压的动态贡献（参阅定义总压和总温一节中的方程1）将是绝对或者相对于单元区域的运动，这取决于解面板中的绝对速度公式是否被激活。对于耦合解算器，定义总压和总温一节中方程1的速度（或者定义总压和总温一节中的方程3的马赫数）通常是在绝对坐标系中。 即使在收敛解中没有回流，你也应该设定比较现实的值来最小化收敛的困难，这是因为回流在计算过程中确实出现了。
定义辐射参数
如果你打算使用P-1辐射模型、DTRM或者DO模型，你就需要设定内部发散率以及（可选）黑体温度。详情请参阅设定边界条件一节(Rosseland不需要任何边界条件的输入)。
定义离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相，你就可以在速度入口设定粒子轨道详情请参阅离散向模型的边界设定。
压力出口边界的默认设定 Default settings (in SI) for pressure outlet boundary conditions are as follows: Gauge Pressure0 Backflow Total Temperature300 Backflow Turb. Kinetic Energy1 Backflow Turb. Dissipation Rate1
压力出口边界的计算程序
在压力出口，FLUENT使用出口平面p_s处的流体静压作为边界条件的压力，其它所有的条件从区域内部推导出来。
压力远场边界条件 FLUENT中使用的压力远场条件用于模拟无穷远处的自由流条件，其中自由流马赫数和静态条件被指定了。压力远场边界条件通常被称为典型边界条件，这是因为它使用典型的信息（黎曼不变量）来确定边界处的流动变量。
这一边界条件只应用于当密度是用理想气体定律计算出来的情况。不可以适用于其它情况要有效地近似无限远处的条件，你必须建这个远场放到所关心的计算物体的足够远处。例如，在机翼升力计算中远场边界一般都要设到20倍弦长的圆周之外。

lilydut · 发表于 2006-4-23 12:30

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