fluent边界条件1

更新时间：2024-01-19 01:30:01 阅读量：教育文库文档下载

说明：文章内容仅供预览，部分内容可能不全。下载后的文档，内容与下面显示的完全一致。下载之前请确认下面内容是否您想要的，是否完整无缺。

边界条件

定义边界条件概述

边界条件包括流动变量和热变量在边界处的值。它是FLUENT分析得很关键的一部分，设定边界条件必须小心谨慎。

边界条件的分类：进出口边界条件：压力、速度、质量进口、进风口、进气扇、压力出口、压力远场边界条件、质量出口、通风口、排气扇；壁面、repeating, and pole boundaries:壁面，对称，周期，轴；内部单元区域：流体、固体(多孔是一种流动区域类型) ；内部表面边界：风扇、散热器、多孔跳跃、壁面、内部。(内部表面边界条件定义在单元表面，这意味着它们没有有限厚度，并提供了流场性质的每一步的变化。这些边界条件用来补充描述排气扇、细孔薄膜以及散热器的物理模型。内部表面区域的内部类型不需要你输入任何东西。)

下面一节将详细介绍上面所叙述边界条件，并详细介绍了它们的设定方法以及设定的具体合适条件。周期性边界条件在本章中介绍，模拟完全发展的周期性流动将在周期性流动和热传导一章中介绍。

使用边界条件面板

边界条件(Figure 1)对于特定边界允许你改变边界条件区域类型，并且打开其他的面板以设定每一区域的边界条件参数

菜单：Define/Boundary Conditions...

Figure 1: 边界条件面板

改变边界区域类型

设定任何边界条件之前，必须检查所有边界区域的区域类型，如有必要就作适当的修改。比方说：如果你的网格是压力入口，但是你想要使用速度入口，你就要把压力入口改为速度入口之后再设定。

改变类型的步骤如下：:

1.在区域下拉列表中选定所要修改的区域

2.在类型列表中选择正确的区域类型 3.当问题提示菜单出现时，点击确认

确认改变之后，区域类型将会改变，名字也将自动改变 (如果初始名字时缺省的请参阅边界条件区域名字一节),设定区域边界条件的面板也将自动打开。

！注意：这个方法不能用于改变周期性类型，因为该边界类型已经存在了附加限制。创建边界条件一节解释了如何创建和分开周期性区域。需要注意的是，只能在图一中每一个类别中改变边界类型(注意：双边区域表面是分离的不同单元区域.)

Figure 1: 区域类型的分类列表

设定边界条件

在FLUENT中，边界条件和区域有关而与个别表面或者单元无关。如果要结合具有相同边界条件的两个或更多区域请参阅合并区域一节。

设定每一特定区域的边界条件，请遵循下面的步骤：

1.在边界条件区域的下拉列表中选择区域。2. 点击Set...按钮。或者，1.在区域下拉列表中选择区域。

2.在类型列表中点击所要选择的类型。或者在区域列表中双击所需区域.，选择边界条件区域将会打开，并且你可以指定适当的边界条件

在图像显示方面选择边界区域

在边界条件中不论你合适需要选择区域，你都能用鼠标在图形窗口选择适当的区域。如果你是第一次设定问题这一功能尤其有用，如果你有两个或者更多的具有相同类型的区域而且你想要确定区域的标号（也就是画出哪一区域是哪个）这一功能也很有用。要使用该功能请按下述步骤做：

1.用网格显示面板显示网格。2.用鼠标指针（默认是鼠标右键——参阅控制鼠标键函数以改变鼠标键的功能）在图形窗口中点击边界区域。在图形显示中选择的区域将会自动被选入在边界条件面板中的区域列表中，它的名字和编号也会自动在控制窗口中显示

改变边界条件名字

每一边界的名字是它的类型加标号数（比如pressure-inlet-7）。在某些情况下你可能想要对边界区域分配更多的描述名。如果你有两个压力入口区域，比方说，你可能想重名名它们

为small-inlet和large-inlet。(改变边界的名字不会改变相应的类型) 重名名区域，遵循如下步骤：

1. 在边界条件的区域下拉列表选择所要重名名的区域。

2. 点击Set...打开所选区域的面板。3.在区域名字中输入新的名字4.点击OK按钮。

注意：如果你指定区域的新名字然后改变它的类型，你所改的名字将会被保留，如果区域名字是类型加标号，名字将会自动改变。

边界条件的非一致输入

每一类型的边界区域的大多数条件定义为轮廓函数而不是常值。你可以使用外部产生的边界轮廓文件的轮廓，或者用自定义函数(UDF)来创建。具体情况清参阅相关内容

流动入口和出口

FLUENT有很多的边界条件允许流动进入或者流出解域。下面一节描述了每一种边界条件的类型的使用以及所需要的信息，这样就帮助你适当的选择边界条件。下面还提供了湍流参数的入口值的确定方法。

使用流动边界条件

下面对流动边界条件的使用作一概述对于流动的出入口，FLUENT提供了十种边界单元类型：速度入口、压力入口、质量入口、压力出口、压力远场、质量出口，进风口，进气扇，出风口以及排气扇。下面是FLUENT中的进出口边界条件选项：

? 速度入口边界条件用于定义流动入口边界的速度和标量

? 压力入口边界条件用来定义流动入口边界的总压和其它标量。 ? 质量流动入口边界条件用于可压流规定入口的质量流速。在不可压流中不必指定入口的

质量流，因为当密度是常数时，速度入口边界条件就确定了质量流条件。 ? 压力出口边界条件用于定义流动出口的静压（在回流中还包括其它的标量）。当出现回

流时，使用压力出口边界条件来代替质量出口条件常常有更好的收敛速度。 ? 压力远场条件用于模拟无穷远处的自由可压流动，该流动的自由流马赫数以及静态条件

已经指定了。这一边界类型只用于可压流。 ? 质量出口边界条件用于在解决流动问题之前，所模拟的流动出口的流速和压力的详细情

况还未知的情况。在流动出口是完全发展的时候这一条件是适合的，这是因为质量出口边界条件假定出了压力之外的所有流动变量正法向梯度为零。对于可压流计算，这一条件是不适合的。

? 进风口边界条件用于模拟具有指定的损失系数，流动方向以及周围（入口）环境总压和

总温的进风口。

? 进气扇边界条件用于模拟外部进气扇，它具有指定的压力跳跃，流动方向以及周围（进

口）总压和总温。

? 通风口边界条件用于模拟通风口，它具有指定的损失系数以及周围环境（排放处）的静

压和静温。

? 排气扇边界条件用于模拟外部排气扇，它具有指定的压力跳跃以及周围环境（排放处）

的静压。

决定湍流参数

在入口、出口或远场边界流入流域的流动，FLUENT需要指定输运标量的值。本节描述了对于特定模型需要哪些量，并且该如何指定它们。也为确定流入边界值最为合适的方法提供了指导方针。

使用轮廓指定湍流参量

在入口处要准确的描述边界层和完全发展的湍流流动，你应该通过实验数据和经验公式创建边界轮廓文件来完美的设定湍流量。如果你有轮廓的分析描述而不是数据点，你也可以用这个分析描述来创建边界轮廓文件，或者创建用户自定义函数来提供入口边界的信息。一旦你创建了轮廓函数，你就可以使用如下的方法：

? Spalart-Allmaras模型：在湍流指定方法下拉菜单中指定湍流粘性比，并在在湍流粘性

比之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。通过将m_t/m和密度与分子粘性的适当结合， FLUENT为修改后的湍流粘性计算边界值。

? k-e模型：在湍流指定方法下拉菜单中选择K和Epsilon并在湍动能（Turb. Kinetic

Energy）和湍流扩散速度（Turb. Dissipation Rate）之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。 ? 雷诺应力模型：在湍流指定方法下拉菜单中选择K和Epsilon并在湍动能（Turb. Kinetic

Energy）和湍流扩散速度（Turb. Dissipation Rate）之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。在湍流指定方法下拉菜单中选择雷诺应力部分，并在每一个单独的雷诺应力部分之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。

湍流量的统一说明

在某些情况下流动流入开始时，将边界处的所有湍流量指定为统一值是适当的。比如说，在进入管道的流体，远场边界，甚至完全发展的管流中，湍流量的精确轮廓是未知的。

在大多数湍流流动中，湍流的更高层次产生于边界层而不是流动边界进入流域的地方，因此这就导致了计算结果对流入边界值相对来说不敏感。然而必须注意的是要保证边界值不是非物理边界。非物理边界会导致你的解不准确或者不收敛。对于外部流来说这一特点尤其突出，如果自由流的有效粘性系数具有非物理性的大值，边界层就会找不到了。

你可以在使用轮廓指定湍流量一节中描述的湍流指定方法，来输入同一数值取代轮廓。你也可以选择用更为方便的量来指定湍流量，如湍流强度，湍流粘性比，水力直径以及湍流特征尺度，下面将会对这些内容作一详细叙述。

湍流强度I定义为相对于平均速度u_avg的脉动速度u^'的均方根。

小于或等于1%的湍流强度通常被认为低强度湍流，大于10%被认为是高强度湍流。从外界，测量数据的入口边界，你可以很好的估计湍流强度。例如：如果你模拟风洞试验，自由流的湍流强度通常可以从风洞指标中得到。在现代低湍流风洞中自由流湍流强度通常低到0.05%。.

对于内部流动，入口的湍流强度完全依赖于上游流动的历史，如果上游流动没有完全发展或者没有被扰动，你就可以使用低湍流强度。如果流动完全发展，湍流强度可能就达到了百分之几。完全发展的管流的核心的湍流强度可以用下面的经验公式计算：

I?u??0.16ReDHuavg???18

例如，在雷诺数为50000是湍流强度为4%

湍流尺度l是和携带湍流能量的大涡的尺度有关的物理量。在完全发展的管流中，l被管道的尺寸所限制，因为大涡不能大于管道的尺寸。L和管的物理尺寸之间的计算关系如下： l?0.07L

其中L为管道的相关尺寸。因子0.07是基于完全发展湍流流动混合长度的最大值的，对于非圆形截面的管道，你可以用水力学直径取代L。

如果湍流的产生是由于管道中的障碍物等特征，你最好用该特征长度作为湍流长度L而不是用管道尺寸。

注意：公式l?0.07L并不是适用于所有的情况。它只是在大多数情况下得很好的近似。对于特定流动，选择L和l的原则如下： ? 对于完全发展的内部流动，选择强度和水力学直径指定方法，并在水力学直径流场中指

定L=D_H。

? 对于旋转叶片的下游流动，穿孔圆盘等，选择强度和水力学直径指定方法，并在水力学

直径流场中指定流动的特征长度为L ? 对于壁面限制的流动，入口流动包含了湍流边界层。选择湍流强度和长度尺度方法并使

用边界层厚度d_99来计算湍流长度尺度l，在湍流长度尺度流场中输入l=0.4 d_99这个值

湍流粘性比m_t/m直接与湍流雷诺数成比例(Re_t ?k^2/(e n))。Re_t在高湍流数的边界层，剪切层和完全发展的管流中是较大的(100到1000)。然而，在大多数外流的自由流边界层中m_t/m相当的小。湍流参数的典型设定为1 < m_t/m <10。

要根据湍流粘性比来指定量，你可以选择湍流粘性比（对于Spalart-Allmaras模型）或者强度和粘性比（对于k-e模型或者RSM）。

推导湍流量的关系式

要获得更方便的湍流量的输运值，如：I, L,或者m_t/m，你必须求助于经验公式，下面是FLUENT中常用的几个有用的关系式。要获得修改的湍流粘性，它和湍流强度I长度尺度l有如下关系：

~?3uIl vavg2在Spalart-Allmaras模型中，如果你要选择湍流强度和水力学直径来计算l可以从前面的公式中获得。

湍动能k和湍流强度I之间的关系为： k?3?uavgI?2 2其中u_avg为平均流动速度

除了为k和e指定具体的值之外，无论你是使用湍流强度和水力学直径，强度和长度尺度或者强度粘性比方法，你都要使用上述公式。

如果你知道湍流长度尺度l你可以使用下面的关系式：

??C?34k l32其中C?是湍流模型中指定的经验常数（近似为0.09），l的公式在前面已经讨论了。

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 Pressure 0

Supersonic/Initial Gauge Pressure 0 Total Temperature 300

X-Component of Flow Direction 1 Y-Component of Flow Direction 0 Z-Component of Flow Direction 0 Turb. Kinetic Energy 1 Turb. Dissipation Rate 1

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：p0?ps?12?v。2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：

??p0p???12??p0??1?M?p??p2??s0p其中马赫数定义为：

???1?

M?vv? c?RTs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：??p?s?p0p??RTs。

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：

T0??12?1?M。 Ts2速度入口边界条件

速度入口边界条件用于定义流动速度以及流动入口的流动属性相关标量。在这个边界条件中，流动总的（驻点）的属性不是固定的，所以无论什么时候提供流动速度描述，它们都会增加。

这一边界条件适用于不可压流，如果用于可压流它会导致非物理结果，这是因为它允许驻点条件浮动。你也应该小心不要让速度入口靠近固体妨碍物，因为这会导致流动入口驻点

属性具有太高的非一致性。

对于特定的例子，FLUENT可能会使用速度入口在流动出口处定义流动速度（在这种情况下不使用标量输入）。在这种情况下，必须保证区域内的所有流动性。对于流动的概述请参阅流动入口和出口。

速度入口边界条件的输入概述

速度入口边界条件需要输入下列信息 ? 速度大小与方向或者速度分量。

? 旋转速度（对于具有二维轴对称问题的涡流）。 ? 温度（用于能量计算）。

? Outflow gauge pressure (for calculations with the coupled solvers) ? 湍流参数（对于湍流计算）

? 辐射参数(对于P-1模型、DTRM或者DO模型的计算) ? 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）。 ? 离散相边界条件（对于离散相计算） ? 二级相的体积分数(对于多相流计算)

上面的所有值都有速度面板输入，它是从边界条件打开的（见设定边界条件一节）。

Figure 1: 速度入口面板

定义速度

你可以通过定义来确定入口速度。如果临近速度入口的单元区域是移动的（也就是说你使用旋转参考坐标系，多重坐标系或者滑动网格），你也可以指定相对速度和绝对速度。对于FLUENT中的涡流轴对称问题，你还要指定涡流速度。定义流入速度的程序如下： 1. 选择指定流动方向的方法：在速度指定方法下拉菜单中选择速度大小和方向、速度分量或者垂直于边界的速度大小。

2. 如果临近速度入口的单元区域是移动的，你可以指定相对或绝对速度。相对于临近单元区域或者参考坐标系下拉列表的绝对速度。如果临近单元区域是固定的，相对速度和绝对速度是相等的，这个时候不用察看下拉列表。

3. 如果你想要设定速度的大小和方向或者速度分量，而且你的几何图形是三维的，下一步你就要选择定义矢量和速度分量的坐标系。坐标系就是前面所述的三种。 4. 设定适当的速度参数，下面将会介绍每一个指定方法。

如果第一步中选择的是速度的大小和方向，你需要在流入边界条件中输入速度矢量的大小以及方向。

? 如果是二维非轴对称问题，或者你在第三步中选择笛卡尔坐标系，你需要定义流动X, Y,

和(在三维问题中) Z三个分量的大小。

? 如果是二维轴对称问题,，或者第三步中使用柱坐标系，请输入流动方向的径向、轴向

和切向的三个分量值。

? 如果你在第三步中选择当地柱坐标系，请输入流动方向的径向、轴向和切向的三个分量

值。并指定轴向的X, Y, 和Z-分量以及坐标轴起点的X, Y, 和Z-坐标的值。定义流动方向的Figure 1表明这些不同坐标系矢量分量。

如果你在定义速度的第一步中选择速度大小以及垂直的边界，你需要在流入边界处输入速度矢量的大小。如果你模拟二维轴对称涡流，你也要输入流向的切向分量。如果你在定义速度的第一步中选择速度分量，你需要在流入边界中输入速度矢量的分量。 ? 如果是二维非轴对称问题，或者你在第三步中选择笛卡尔坐标系，你需要定义流动X, Y,

和(在三维问题中) Z三个分量的大小。 ? 如果是模拟涡流的二维轴对称问题，你需要在速度设定中设定轴向、径向和旋转速度，。 ? 如果是第三步中使用柱坐标系，请输入流动方向的径向、轴向和切向的三个分量值，以

及（可选）旋转角速度。

? 如果你在第三步中选择当地柱坐标系，请输入流动方向的径向、轴向和切向的三个分量

值。并指定轴向的X, Y, 和Z-分量以及坐标轴起点的X, Y, 和Z-坐标的值。

记住速度的正负分量和坐标方向的正负是相同的。柱坐标系下的速度的正负也是一样。如果你在第一步中定义的是速度分量，并在模拟轴对称涡流，你可以指定除了涡流速度之外的入口涡流角速度W。相似地，如果你在第三步中使用柱坐标或者当地柱坐标系，你可以指定除切向速度之外的入口角速度W。

如果你指定W, v_q作为每个单元的W r，其中r从起点到单元的距离。如果你指定涡流速度和涡流角速度或者切向速度和角速度，FLUENT会将v_q和W r加起来获取每个单元的旋转速度或者切向速度。

定义温度

在解能量方程时，你需要在温度场中的速度入口边界设定流动的静温。

定义流出标准压力

如果你是用一种耦合解算器，你可以为速度入口边界指定流出标准压力。如果在流动要在任何表面边界处流出区域，表面会被处理为压力出口，该压力出口为流出标准压力场中规定的压力。(注意：这一影响和RAMPANT中得到的速度远场边界相似。

定义湍流参数

对于湍流计算，有几种定义湍流参数的方法。至于选取哪种方法以及相关的输入值请参阅确定湍流参数一节。湍流模型的相关内容请参阅湍流模型一章。

定义辐射参数

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

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。

定义多相边界条件

速度入口边界条件的默认设定

速度入口边界条件的默认设定（国际单位）： Temperature 300 Velocity Magnitude 0

X-Component of Flow Direction 1 Y-Component of Flow Direction 0 Z-Component of Flow Direction 0 X-Velocity 0 Y-Velocity 0 Z-Velocity 0

Turb. Kinetic Energy 1 Turb. Dissipation Rate 1 Outflow Gauge Pressure 0

速度入口边界的计算程序

FLUENT使用速度入口的边界条件输入计算流入流场的质量流以及入口的动量、能量和组分流量。本节介绍了通过速度入口边界条件流入流场的算例，以及通过速度入口边界条件流出流场的算例。

流动入口的速度入口条件处理

使用速度入口边界条件定义流入物理区域的模型，FLUENT既使用速度分量也使用标量。这些标量定义为边界条件来计算入口质量流速，动量流量以及能量和化学组分的流量。

邻近速度入口边界流体单元的质量流速由下式计算：

????v?dA m注意只有垂直于控制体表面的流动分量才对流入质量流速有贡献。

流动出口的速度入口条件处理

有时速度入口边界条件用于流出物理区域的流动。比如通过某一流域出口的流速已知，或者被强加在模型上，就需要用这一方法。

注意：这种方法在使用之前必须保证流域内的全部连续性。

在分离解算器中，当流动通过速度入口边界条件流出流场时，FLUENT在边界条件中使用速度垂直于出口区域的速度分量。它不使用任何你所输入的其它的边界条件。除了垂直速度分量之外的所有流动条件，都被假定为逆流的单元。

在耦合解算器中，如果流动流出边界处的任何表面的区域，那一表面就会被看成压力出口，这一压力为Outflow Gauge Pressure field中所规定的压力。

密度计算

入口平面的密度既可以是常数也可以是温度、压力和/或组分质量百分数（你在入口条件中输入的）的函数。

质量入口边界条件

该边界条件用于规定入口的质量流量。为了实现规定的质量流量中需要的速度，就要调节当地入口总压。这和压力入口边界条件是不同的，在压力入口边界条件中，规定的是流入驻点的属性，质量流量的变化依赖于内部解。

当匹配规定的质量和能量流速而不是匹配流入的总压时，通常就会使用质量入口边界条件。比如：一个小的冷却喷流流入主流场并和主流场混合，此时，主流的流速主要的由（不同的）压力入口/出口边界条件对控制。

调节入口总压可能会导致节的收敛，所以如果压力入口边界条件和质量入口条件都可以接受，你应该选择压力入口边界条件。

在不可压流中不必使用质量入口边界条件，因为密度是常数，速度入口边界条件就已经确定了质量流。关于流动边界条件的概述请参阅流动入口和出口一节。

质量入口边界条件的输入概述

质量入口边界条件需要输入： ? 质量流速和质量流量 ? 总温（驻点温度） ? 静压 ? 流动方向

? 湍流参数（对于湍流计算）

? 辐射参数(对于P-1模型、DTRM或者DO模型的计算) ? 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）。 ? 离散相边界条件（对于离散相计算）

上面的所有值都由质量入口面板输入，它是从边界条件打开的（见设定边界条件一节）。

Figure 1:质量流动入口面板

定义质量流速度和流量

你可以输入通过质量入口的质量流速，然后FLUENT将这个值转换为质量流量，或者直接指定质量流量。如果你设定规定的质量流速，它将在内部转换为区域上的规定的统一质量流量，这一区域由流速划分。你也可以使用边界轮廓或者自定义函数来定义质量流量（不是质量流速）。

质量流速或者流量的输入如下：

1. 选择质量流速的方法：质量流速或者质量流量 2. 如果是质量流速（默认），在质量流速框中输入规定的质量流速。

注意：对于轴对称问题，这一质量流速是通过完整区域(2p-radian)而不是1-radian部分的流速。

如果选择质量流量。请在Mass Flux框中输入质量流量。

注意：对于轴对称问题，这一质量流量是通过完整区域(2p-radian)而不是1-radian部分的流量。

定义总温

在质量流入口面板中的流入流体的总温框中输入总温（驻点温度）值。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)。

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。

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。

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。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，总结请参考概述中的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，如果你选择垂直于边界并且你的流动是二维或者三维轴对称涡流，那就不需要流动方向上的其它的附加输入了。 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。

? 如果是二维非轴对称问题或者三维问题，你需要定义流动X, Y, 和(在三维问题中) Z三

个分量的大小。

? 如果是二维轴对称问题,，请输入流动方向的径向、轴向和切向的三个分量值。

定义湍流参数

定义辐射参数

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

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。

质量流入口边界的默认设定

质量入口边界条件的默认设定（国际标准单位）为：

Mass Flow-Rate 1 Total Temperature 300

Supersonic/Initial Gauge Pressure 0 X-Component of Flow Direction 1 Y-Component of Flow Direction 0 Z-Component of Flow Direction 0 Turb. Kinetic Energy 1 Turb. Dissipation Rate 1

质量流入口边界的计算程序

对入口区域使用质量入口边界条件，该区域的每一个表面的速度被计算出来，并且这一速度用于计算流入区域的相关解变量的流量。对于每一步迭代，调节计算速度以便于保证正确的质量流的数值。

你需要使用质量流速、流动方向、静压以及总温来计算这个速度。有两种指定质量流速的方法。第一种方法是指定入口的总质量流速m(dot)。第二种方法是指定质量流量r v (每个单位面积的质量流速)。如果指定总质量流速，FLUENT会在内部通过将总流量除以垂直于流向区域的总入口面积得到统一质量流量：

?v??m A如果使用直接质量流量指定选项，可以使用轮廓文件或者自定义函数来指定边界处的各种质量流量。

一旦在给定表面的r v值确定了，就必须确定表面的密度值r，以找到垂直速度v。密度获取的方法依赖于所模拟的是不是理想气体。下面检查了各种情况：

理想气体的质量流边界的流动计算

如果是理想气体，要用下式计算密度：

p??RT

如果入口是超音速，所使用的静压是设为边界条件静压值。如果是亚音速静压是从入口表面单元内部推导出来的。

入口的静温是从总焓推出的，总焓是从边界条件所设的总温推出的。入口的密度是从理想气体定律，使用静压和静温推导出来的。

不可压流动的质量流边界的流动计算

如果是模拟非理想气体或者液体，静温和总温相同。入口处的密度很容易从温度函数和（可选）组分质量百分比计算出来的。速度用质量入口边界的计算程序中的方程计算出。

质量流边界的流量计算

要计算所有变量在入口处的流量，流速v和方程中变量的入口值一起使用。例如，质量流量为r v，湍流动能的流量为r k v。这些流量用于边界条件来计算解过程的守恒方程。

进气口边界条件

进气口边界条件用于模拟具有指定损失系数、流动方向以及环境（入口）压力和温度的进气口。

进气口边界的输入进气口边界需要输入： ? 总压即驻点压力 ? 总温即驻点温度。 ? 流动方向 ? 静压

? 湍流参数（对于湍流计算）

? 辐射参数(对于P-1模型、DTRM或者DO模型的计算) ? 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）。 ? 离散相边界条件（对于离散相计算） ? 二级相的体积分数(对于多相流计算) ? 损失系数

上面的所有值都由进气口面板输入，它是从边界条件打开的（见设定边界条件一节）。

上面的前十一项的设定和压力入口边界的设定一样。下面介绍一下损失系数的设定：

Figure 1: 进气口面板

指定损失系数

FLUENT中的进气口模型，进气口假定为无限薄，通过进气口的压降假定和流体的动压成比例，并以经验公式确定你所应用的损失系数。也就是说压降D p和通过进气口速度的垂直分量的关系为：

?p?kL12?v 2

其中r是流体密度，k_L为无量纲的损失系数。

注意：D p是流向压降，因此即使是在回流中，进气口都会出现阻力。你可以定义通过进气口的损失系数为常量、多项式、分段线性函数或者垂向速度的分段多项式函数。定义这些函数的面板和定义温度相关属性的面板相同，详情请参阅使用温度相关函数定义属性一节。

进气扇边界条件

进气扇边界条件用于定义具有特定压力跳跃、流动方向以及环境（进气口）压力和温度的外部进气扇流动。

进气扇边界的输入

进气扇边界需要输入： ? 总压即驻点压力 ? 总温即驻点温度。 ? 流动方向 ? 静压

? 湍流参数（对于湍流计算）

? 辐射参数(对于P-1模型、DTRM或者DO模型的计算) ? 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）。 ? 离散相边界条件（对于离散相计算） ? 二级相的体积分数(对于多相流计算) ? 压力跳跃

上面的所有值都由进气扇面板输入，它是从边界条件打开的（见设定边界条件一节）。上面的前十一项的设定和压力入口边界的设定一样。下面介绍一下压力跳跃的设定：

Figure 1: 进气扇面板

指定压力跳跃

所有的进气扇都被假定为无限薄，通过它的非连续压升被指定为通过进气扇速度的函数。在倒流的算例中，进气扇被看成类似于具有统一的损失系数的出气口。

你可以定义通过进气扇的压力跳跃为常量、多项式、分段线性函数或者垂向速度的分段多项式函数。定义这些函数的面板和定义温度相关属性的面板相同，详情请参阅使用温度相关函数定义属性一节。

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：

2?p?v? ??rr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

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 Pressure 0

Backflow Total Temperature 300 Backflow Turb. Kinetic Energy 1 Backflow Turb. Dissipation Rate 1

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。

关于流动边界的概述，请参阅流动入口和出口一节。

压力远场边界的输入

概述

压力远场边界条件需要输入： ? 静压 ? 马赫数 ? 温度 ? 流动方向

? 湍流参数（对于湍流计算）

? 辐射参数(对于P-1模型、DTRM或者DO模型的计算) ? 化学组分质量百分数（对于组分计算）。 ? 离散相边界条件（对于离散相计算）

上面的所有值都由压力远场面板输入（Figure 1），它是从边界条件打开的（见设定边界条件一节）。

Figure 1: 压力远场面板

定义静压、马赫数和静温。

要设定远场边界的静压和静温，请在压力远场面板中输入适当的Gauge压力值和温度值以及马赫数。马赫数可以是亚音速，音速或者超音速。

定义流动方向

通过设定方向矢量的分量，你可以定义压力远场的流动方向。如果是二维非轴对称问题或者三维问题请在压力远场面板中输入刘道方向上适当的X, Y和(三维问题)Z分量。如果是二维轴对称问题请输入适当的径向、轴向以及（如果模拟轴对称涡流）切向流动分量。

定义湍流参数

对于湍流计算，有几种方法来定义湍流参数。至于哪种方法合适该输入哪些相应数值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

定义组分输运参数

如果你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组分质量分数，详情请参阅组分的边界条件定义。

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。

压力远场边界条件的默认设定

Default settings (in SI) for pressure far-field boundary conditions are as follows: Gauge Pressure 0 Mach Number 0.6 Temperature 300

X-Component of Flow Direction 1 Y-Component of Flow Direction 0 Z-Component of Flow Direction 0 Turb. Kinetic Energy 1 Turb. Dissipation Rate 1

压力远场边界的计算程序

对于垂直于边界的一维流动在引入黎曼不变量（特征变量）的基础上，压力远场边界条件是非反射边界条件。对于压声速流动，有两个黎曼不变量，它符合入射波和反射波：

R??Vn??2c? ??1Ri?Vni?2ci ??1其中V_n垂直于边界的速度量，c是当地声速，c为气体比热比。下标?是指应用于无穷远处的条件，下标i是用于内部区域的条件（即邻近于边界表面的单元）。将这两个变量相加减有如下两式：

Vni?c?1?Ri?R?? 2??14?Ri?R??

其中V_n和c变成边界处应用的垂直速度分量值以及声速值。在通过流动出口的表面，切向分速度和焓有内部区域推导出来，在流入表面这些被指定为自由流的值。使用V_n, c,切向速度分量以及熵可以计算出边界表面的密度、速度、温度以及压力值。

质量出口边界条件

当流动出口的速度和压力在解决流动问题之前是未知时，FLUENT会使用质量出口边界条件来模拟流动。你不需要定义流动出口边界的任何条件（除非你模拟辐射热传导、粒子的离散相或者分离质量流）：FLUENT会从内部推导所需要的信息。然而，重要的是要知道这一

边界类型的限制。

注意：下面的几种情况不能使用质量出口边界条件： ? 如果包含压力出口，请使用压力出口边界条件 ? 如果模拟可压流

? 如果模拟变密度的非定常流，即使流动是不可压的也不行。关于流动边界的概述，请参阅流动入口和出口一节。

质量出口边界的FLUENT处理

FLUENT在质量出口边界使用的边界条件为： ? 所有的流动变量具有零扩散流量 ? 全部的质量平衡修正

流出单元应用零扩散流量意味着流出边界的平面是由区域内部推导出来，而对上游流动没有影响。当流出边界面积不变时，在假定与完全发展的流动相容的基础上，FLUENT使用相应的推导程序，更新流出速度和压力。

FLUENT在流出边界所应用的零扩散流量条件在物理上接近于完全发展流动。所谓的完全发展流动是指在流动方向上流动速度轮廓（和/或其它诸如温度属性的轮廓）不改变。注意，在质量出口边界条件中垂直于流向可能会由速度梯度。只有在垂直于出口平面的扩散流量被假定为零。

使用质量出口边界

正如前面所述，质量出口边界条件要保证流动是完全发展的，出口方向上的所有流动变量的扩散流量为零。但是，你也可以在流动没有完全发展的物理边界定义质量出口边界条件，在这种情况下你首先要有把握保证出口处的零扩散流量对流动解没有很大的影响。下面是使用质量出口边界的一个例子：

? 质量出口边界的法向梯度可以忽略不计：下图是一个简单的二维问题，有几个可能的质

量出口边界。位置(D)表明流动边界在通风口的出口。在这里，假定对流占支配优势，边界条件非常符合，质量出口的位置也很得当。位置(C)是在通风口出口的上游，在这里流动是完全发展的。因此质量出口边界条件在这里也很合适。

Figure 1:质量出口边界位置的选择

? 质量出口边界的错误位置：位置(B) 表明质量出口边界在后向表面步中，接近流动的再

附着点。这样的选择是错误的，因为在回流点处垂直于出口表面的梯度相当的大，它会对流场上游有很大的影响。因为质量出口边界条件忽略这些流动的轴向梯度，所以位置(B)是一个较差的质量出口边界。出口位置应该移到再附着点的下游。

? 位置(A)是第二个质量出口边界的错误位置。在这里流动又通过质量出口边界回流到

FLUENT计算域中。像这种情况，FLUENT计算就不会收敛，计算的结果根本就没有用。这是因为当流动通过质量出口又回流到计算区域时，通过计算区域的质量流速是浮动的或者是未定义的。除此之外，当通过质量出口流入计算区域时，流动的标量属性是未定义的 (FLUENT在流域内使用邻近于质量出口流体的温度来选择温度)。因此你应该以怀疑的观点来察看包括通过质量出口进入流域的所有计算。对于这样的计算，推荐使用压力出口边界条件。注意：如果在计算中的任何点有回流流过质量出口边界，甚至解的最后结果不排除到区域内有任何的回流，收敛性都会受到影响。这一情况在湍流中尤其要注意。

质量流分离边界条件

在FLUENT中，可能会使用多重质量出口边界并指定流过边界的每一部分流动速度。在质量出口面板，设定流速权重以表明是哪一部分质量出口通过边界。

Figure 1: The Outflow Panel

流速权重是一个权因子：

percentagethroughflowboundary?flowrateweightingspecifiedonboundary sumofflowrateweighting流速权重在所有的质量出口默认为1。如果所有的流动出口边界是等分的或者只有一个质量

出口边界，你就不必改变权重因子。FLUENT会依比例决定通过所有质量出口边界的流动速度以获取相等的分数。因此，如果你有两个出口边界，并且希望通过每一个边界的流动为总流动的一半，你就不需要输入其它的东西了。然而如果你希望其中一个边界流出的为75%，另一个为25%，那么就必须明确的指定两个流速权重，也就是其中一个边界为0.75，另一个为0.25。

注意如果你指定一个出口的流速权重为0.75，另一个不指定也就是默认为1，那么流过每一个边界的分别为：

Boundary 1 = 0.75/（0.75+1.0） = 0.429或者42.9%

Boundary 2 = 1.0/（0.75+1.0） = 0.571或者57.1%

质量出口边界的输入

质量出口边界的辐射输入

一般说来，对于质量出口边界你不需要设定任何边界条件。然而，如果你打算使用P-1辐射模型、DTRM或者DO模型，你就需要在出口面板设定内部发散率以及（可选）黑体温度。详情请参阅设定辐射边界条件一节。内部发散率的默认设定为1，黑体温度的默认值为300。

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相模型的边界设定。

通风口边界条件

通风口边界条件用于模拟具有指定损失系数以及周围（流出）环境压力和温度的通风口。

通风口边界的输入通风口边界需要输入： ? 静压

? 回流条件