CFX边界条件设置讲解

Version1.3CFXCFX前处理前处理边界条件边界条件讲座讲座443/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-1Version1.3边界条件类型边界条件类型•在所有需要进行模拟计算区域的外 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面上，都需要设置边界条件(限制所需模拟的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 )•对计算流体而言，只有5种基本的边界条件壁面出口对称面入口自由流出口3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-2Version1.3如何创建一个边界条件如何创建一个边界条件…如前所示.3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-3Version1.3定义一个边界条件定义一个边界条件基本设置基本设置•边界类型–入口,出口,开口,壁面,对称面•位置–在下拉菜单中选择区域的部件或是从所有的2D构件中点选•坐标系–如果存在多个坐标系，请选择正确的一个•坐标系类型–只有存在旋转坐标系的时候，才会被激活.允许用户根据旋转或是静止（绝对）坐标系设置数值.•剖面边界条件–在下几章中进行讨论3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-4Version1.3定义边界条件定义边界条件边界条件细节边界条件细节•入口–速度分量-静温(热传导)–法向速度-总温(热传导)–质量流-总焓(热传导)–总压(稳定的)-相对静压(超声速)–静压-入口湍流特性•出口–平均静压-法向速度在这个讲座的结–速度分量-质量流尾部分由详细的–静压说明•开口–压力和方向-温度(热传导)–压力(Entrainment)-静温(热传导)–静压和方向-来流湍流情况–静压(Entrainment)–速度分量•壁面–无滑移/滑移-绝热(热传导)–粗糙度-固定温度(热传导)–热流(热传导)-热传导系数(热传导)•对称面–无细节设置(只有被指定的区域才能相对于一个面进行对称)3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-5Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•边界条件的设置对收敛性和结果的准确性有非常大的影响3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-6Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•实例1来流(入口)法向速度50m/s流出(出口)静压0PaMassflow来流(入口)法向速度50m/s流出(开口)平均压力0PaMassflow3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-7Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•Example2来流(入口)法向速度25m/sFastconvergenceof流出(出口)massflow静压Massflow来流(入口)restart静压流出(开口)Massflowdiverges静压Outlet3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-8Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•对于一个求解问题来讲，边界条件不要过度约束也不要不足•约束过度•没有给求解器足够的自由空间来达到正确的解
收敛困难•约束不足•没有给求解器足够的信息开始计算
没有物理结果12701060508406y30dy/dx420210000246802468xx3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-9Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•实例x5m/s10m/s控制方程1)质量守恒2)X方向动量守恒3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-10Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•实例x5m/s10m/s情况1:不可压缩流体1)质量守恒不可能
求解发散2)X方向动量守恒3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-11Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•实例x5m/s10m/s情况2:可压缩流体1)质量守恒过度约束2)X方向动量守恒约束不足3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-12Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•实例x5m/sor5kg/sPstatic=150kPa情况3:最合理的设置1)质量守恒好的边界条件定义2)X方向动量守恒好的边界条件定义3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-13Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•我们推荐•最稳健的设置:入口边界设置为速度/质量流;出口边界设置为静压.入口的总压是模拟结果中隐含的结果.•稳健的设置:入口边界设置为总压;出口边界设置为速度/质量流.出口处的静压和入口处的速度是结果的一部分.•对初始条件敏感的设置：：：:入口边界设置为总压;出口边界设置为静压.系统的质量流是结果的一部分•非常不可靠的设置:入口边界设置为静压;出口边界设置为静压.这个设置组合是不推荐的,应为入口的总压和质量流在结构预测中都是隐含的(这种边界条件的组合对于系统约束来说，是非常脆弱的).3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-14Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•从数值计算的角度来说,延伸入口和出口的位置通常上来讲是非常有用的3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-15Version1.3边界条件边界条件合理设置边界条件合理设置边界条件•小心使用;对称的几何不一定意味着对称的流动•实例:柯恩达效应.在一个对称管中的射流，当雷诺数大于一定的数量时，流动将沿着其中的一侧进行.NoSymmetryPlaneSymmetryPlane3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-16Version1.3边界条件边界条件关键点关键点•设置合理的边界条件，不要过度约束•选择合理的计算域，使得最精确的边界条件得以施加3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-17Version1.3边界条件边界条件理论理论3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-18Version1.3入口湍流状态入口湍流状态•除非湍流被模拟，通常上湍流是通过模拟湍流传输特性，例如k和ε，来进行解决的(讲座3计算域–理论)•与质量和动量相似，湍流变量需要指定的边界条件3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-19Version1.3入口湍流状态入口湍流状态•在入口处的湍流度可以通过多种选项来指定(细节请见下页)•除非你对你要模拟的情况中的湍流等级一点都不了解(在这种情况下，你可以使用中等(Intensity=5%)选项),你应该精心的去选择湍流强度和特征尺度•通常上来讲，湍流强度的范围是从1%到5%，但是这取决于你要模拟问题的具体情况•系统默认的湍流强度值是0.037(即3.7%)，它对模拟一个进入圆形入口的湍流是足够的了,并且这是一个在实验缺乏的条件下很好的估值.3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-20Version1.3入口湍流状态入口湍流状态默认湍流强度和自动计算特征尺度•默认的湍流强度是0.037(3.7%)，它和计算出的特征尺度一起使用估计入口的k和ε值.特征长度是考虑到湍流变化范围之后计算出来的.通常上讲，自动计算出的特征长度是不适合外流计算所需的.湍流强度和自动计算特征尺度•这个选项允许你去指定一个湍流强度但是特征尺度仍然需要自动计算.湍流强度允许的范围是被限制在0.1%-10.0%的范围内，相应的代表很低的湍流程度到很高的团里程度.通常上讲，自动计算出的特征长度是不适合外流计算所需的湍流强度和特征尺度•你可以直接指定湍流强度和特征尺度,通过这两个选项k和ε的值被计算出来.低湍流强度(Intensity=1%)•这里定义了一个1%i的湍流强度和一个等于1涡粘率.中湍流强度(Intensity=5%)•这里定义了一个5%i的湍流强度和一个等于10涡粘率.•我们推荐这个选项，如果你不知道有关你要模拟情况的任何信息.中湍流强度(Intensity=10%)•这里定义了一个10%i的湍流强度和一个等于100涡粘率.指定湍流强度和涡粘率•使用这个选项如果你希望输入自己的湍流强度和涡粘率.k和和和Epsilon•直接指定k和ε的值.零梯度•使用这个选项设置充分发展的湍流情况3/23/2007CFX11.0Inventory#002445©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary4-21