仿真技巧 | Ansys Fluent关于操作条件的设置

在Ansys Fluent中Ribbon栏里，通过Define标签页下的Operating Conditions中可以进入设置。操作条件对话框中显示需要设置2个条件，分别是压力和重力。

1、压力中可以设置浮动操作压力、操作压力、参考点位置

Operating Pressure，Fluent计算都是通过表压进行的，也就是必须要设置一个操作压力。总压等于操作压力加上表压：

对于低马赫数的可压缩流动中，流场中涉及到的表压的计算通常比总压小很多，在压降整体较小的时候，采用总压计算会造成较大的舍入误差，对于不可压理想气体而言，操作压力直接参与到流动介质的密度计算，设置合理的操作压力能保证密度的正确计算。

在高雷诺数的可压缩流中，操作压力不是那么重要，因为整体的压降太大，舍入误差的影响很小，所以在这类问题中使用总压来进行计算，也就是操作压力设置为0。

操作压力的选择基于马赫数以及流体介质密度的计算方式，下表给出操作压力推荐的设置场景：

Floating Operating Pressure（未在对话框中显示） 用于计算瞬态可压缩流，在计算过程中调整区域内的参考压力，这个选择对于计算域内存在压力整体增大的时候是有效的，典型应用的例子包括气体在封闭区域的燃烧和加热，气体泵入密闭空间中。这种情况下计算域内部的相对压力较小，而整体压力在不断变大，通过浮动操作压力依然可以保持较小的舍入误差。

Reference Pressure Location用于调整不涉及任何压力边界的不可压缩流的表压场。当不存在压力边界的时候，这点作为压力场迭代时候的参考点，防止其浮动。这个点处的表压总是0。

2、在重力中需要指定重力加速度、Boussinesq model的参考温度以及可变密度，其中重力加速度对于大多数人都是比较熟悉的：选定重力方向，给定大小即可；如果重力方向不沿着坐标轴，可以投影重力到上的坐标轴分量来表示重力。

Boussinesq Parameters 仅当重力和能量都激活的时候才可以设置，对于很多自然对流计算中密度使用Boussinesq model可以更快的收敛，在这这个模型中除了浮力项以外，求解的方程中的密度依然被视为常数，而浮力项中的密度通过下面公式来进行计算：

其中ρ0就是常数密度，T0就是操作温度，β是热膨胀系数。Boussinesq仅当温差较小的时候才能保证求解精度。

在默认情况下，Fluent会遍历流体区域求解密度的均值作为操作密度，设置操作密度之后，动量方程中的压力项会修改为：

减小压力项在动力方程中的权重。但是操作密度的设置本质上不会影响计算的流场结果，仅对压力场的显示会有影响，所以在求解某些压力场的时候会让用户会无法理解。比如在求解静水压力的时候，由于设置了操作密度，会导致压力场云图显示是均布的，这就是因为操作压力的设置不当，这个时候将操作压力改为0，就可以显示出静水压力随着深度增加而增加的压力分布。