Fluent出入口边界条件设置和实例解析.pdf

问：用了很长时间的fluent ，但一直没有把压力出入口边界条件弄明白。请大侠给予正确指导... 有的文档说亚声速流下initial 是0 或者不填，而有的出版物则把total 和initial 设置成几乎想等的 值，或者差值为大气压，很困惑！ 比如说在一个喷射（亚声速流）流场中，实际条件为喷嘴入口压力40MPa ，出口压力20MPa，即 流场内围压20MPa，这时，在压力入口边界条件的总压、初始表压以及压力出口的表压分别应该 设置多少？如果是超声速流，又有什么区别？ 还有，operating condition 下的operating pressure 是否设置成0 或者大气压有什么说法吗？ A ：有的出版物则把total 和initial 设置成几乎想等的值。 我在使用时一般也是采用这样的方法，严格来讲是有公式来计算的。但是这个值一般只是用于初 始化，对结果影响不大，所以简单来讲就设置成和出口的一样。 这个值对流场的初始化有一定的影响，设置成0 也不是不可以，但会增加迭代步数。 对于喷射而言，建议lz 将operating condition 下的operating pressure 设置为0 ，即是绝对压力。 二 最近用Fluent 做模拟的时候一直在使用压力出口边界，对其中出口温度、组分浓度等值 的设置不是很明白，就仔细看了下Fluent User Guide ，对压力出口边界描述如下： Pressure outlet boundary conditions require the specification of a static (gauge) pressure at the outlet boundaryAll other flow quantities are extrapolated from the interior 。因此，压力出 口边界可以这样表述，即，给定出口压力，对流动中的其他物理量均有流场内部值差值 得到。 那边界条件面板中设定的温度（等）值有什么用呢？ 是出现回流时的回流值。 三 Fluent 内部计算采用的都是相对压强。在Define——Operating Conditions… 中，所示的 Operating Pressure 是操作压强。默认的操作压强为一个大气压101325Pa. 下面叙述一下笔者对采用Operating Pressure 原因的理解。 在计算低马赫数的流动中，流体流速相对声速较低，这样在流动过程中产生的压力降或者 说压力变化相对于流体的静压来讲是很小的。因为在流动中有压力相对变化和马赫数的 平方在一个数量级。笔者通常这样理解压力变化的缘由：粘性力、体积力、电磁力等有些 力是无法避免的，这些力在会改变流动流体的动量和能量。在流动过程中，流体又遵循 能量守恒和动量守恒。速度的变化还和当地的流动截面有关，因为流动还要求质量守恒。 速度和压力是不可分割的。压强的存在时刻使得能量和动量守恒。笔者认为压强的存在 是一种调配功能，它体现的是一个因变量的作用，用以平衡各项，使得流动遵守三大定 律。但流动同时是耦合的，压强的作用当然不仅仅是这些。温度的改变、速度梯度的变 化还直接影响密度、粘性和粘性应力，这样所有的力都和速度产生了关联。力和能量是无 法分割的，和动量更是有直接关系。再表前题，压力的相对变化和马赫数的平方成正 比，当Ma1 时， ΔP/P∝Ma²1,这样在求解方程的时候如果所有节点的压力仍然采用P 就会产生相当大的 舍入误差。因此Fluent 特地在Operating Conditions…面板设置了Operating Pressure 选项， 如此在内部的计算过程中，所有节点的压力将首先减去该值（默认为101325Pa）然后进 行计算。熟悉控制方程的读者都知道，压力在所有方程中都是以相对量或者变化量出现 的，故此这样处理并不是更改方程，而是在方程的两端都减去了一个常数值，使得所解的 压力变化和在方程中的压力值处在一个数量级，这样，在迭代的过程中舍入误差将会大 大减小。 当选用的计算流体为可压缩流体（ideal gas 等）时，会出现如下警示： Warning: Velocity inlet boundary conditions are not appropriate for compressible flow problems. Please change the boundary condition types used for this problem. 即速度入口的边界条件不适用于可压缩流体问题，如果忽略该警示而继续计算，那么计算 结果是没有意义的。这是因为可压缩流体的