CFD理论|压力出口边界

• 静压；
  

• 回流条件：[总(滞止)温度(用于能量计算)、回流压力、指定回流方向的方法、湍流参数(用于湍流计算)、化学物种质量或摩尔分数(用于物种计算)、混合分数和方差(用于非预混或部分预混燃烧计算)、多相边界条件(用于一般多相计算)、回流参考系的类型(不适用于多相流或声波模型)]；

• 辐射参数(用于使用P-1模型，DTRM，DO模型或Surface-to-surface模型进行计算)；

• 离散相边界条件(用于离散相位计算);

• 渠流量参数(用于使用VOF多相模型计算明渠流量);

• 径向平衡压力分布;

• 平均压力定义(不适用于多相流)；

• 目标质量流量(不用于多相流)；

• 声波模型设置。

在图中Gauge Pressure处输入静压值，只有在亚音速流动中才会使用到静压值。当流体变为局部超音速时，将从上游条件推断出压力。默认情况下，根据局部法向速度分量确定边界处的亚音速和超音速局部流动条件。

注意：此处设置的静压值与操作压力有关(Operating pressure)。

径向平衡压力分布Radial Equilibrium Pressure Distribution:该方法可用于叶轮机械出口流动问题的建模。该方法可用于叶轮机械出口流动问题的建模。指定的表压仅适用于边界最小半径位置处(相对于旋转轴)。假设径向速度可忽略不计，计算该区域其余部分的静压力，压力梯度由下式给出：         其中          表示到搅拌轴的距离，          为切向速度。

注意:径向平衡出口条件仅适用于三维和轴对称旋流计算。

平均压力定义Average Pressure Specification：此选项允许沿出口边界的压力变化，但保持平均值等于Gauge Pressure输入的静压值。与默认的均匀压力相比，此边界实现中允许的压力变化会略微减小边界的反射率。在基于密度的求解器中，可以使用两种平均方法：强平均(Strong Averaging)和弱平均(Weak Averaging)。基于压力的求解器中的平均压力定义与基于密度的求解器中的强平均压力相同。

回流特性与所选用的模型保持一致。仅当流量从出口进入时，才会使用到指定值。

• 对于涉及能量计算的问题，应设置回流总温度；
  

• 当回流重新进入计算域的方向是已知的，并且被认为与流场解相关时，可以在Backflow Direction Specification Method下拉列表中选择一个可用选项来指定：Normal to Boundary；Direction Vector；From Neighboring Cell，ANSYS Fluent将根据压力出口附近单元层的流动方向来确定回流方向；
  

• 湍流参数；

• 如果开启组分输运方程，需要在设置回流质量分数或摩尔分数；

• 如果使用非预混或部分预混燃烧模型来模拟燃烧，需要将设置回流混合分数和方差值；
  

• 如果使用预混或部分预混燃烧模型进行燃烧建模，需要设置回流进度变量值；

• 如果使用VOF、混合物或欧拉模型来处理多相流，您将需要指定二级相的体积分数和(对于某些模型)附加参数；

• 当出现回流时：

• 回流压力：Gauge Pressure中的压力将用于确定总压或静压(Backflow Pressure Specification中)，因此无需明确指定回流压力值。当在Backflow Pressure Specification选择总压时，边界面上的压力通过静压及相邻位置的动压计算得到；当选择静压作为回流压力时，指定的表压值(Gauge Pressure)直接作为边界压力。

• 回流方向：Backflow Direction Specification Method可以确定回流的方向。

• 总温度、总压力和流动方向是绝对的或相对于相邻的单元区参考系；

• 如果压力出口附近的计算单元正在移动(MRF模型、滑移网格)，并且正在使用基于压力的求解器，根据在设置液面是否选择了绝对速度公式，决定计算总压时使用的是绝对速度或者相对速度；如果使用的是基于密度的求解器，则计算时采用的绝对速度。

注意：即使在收敛解中预期没有回流，也应该始终设置切合实际的值，以便在提高计算收敛性。

回流参考系选项(Backflow Reference Frame)并不适用于所有的多相模型或非反射边界条件选项。

当使用P-1模型，DTRM，DO模型或Surface-to-surface模型，需要设置内部发射率(Internal Emissivity)和外部黑体温度方法(External Black Body Temperature Method)。

如果使用VOF模型来建模多相流和明渠流，您将需要指定自由表面水平Free Surface Level，底部水平Bottom Level及其他参数。

平均压力(Average Pressure):出口压力不会在压力出口边界上保持恒定，而是允许跨边界变化，同时保持平均边界压力接近指定的静态出口压力。

对于不可压缩流动，端面压力为规定压力和内压之间的平均值：          在弱平均中，出口压力沿压力出口边界不是恒定的。然而，当流动收敛时，平均边界压力将接近规定的静态出口压力。

压力出口可采用的一种方法是无反射边界条件(NRBC)。当波通过边界而避免假反射时，就会使用这个选项。

1. 激活Target Mass Flow Rate

2. 将目标质量流量指定为一个恒定值，或用 UDF来设置目标质量流量

1. 设置下松弛因子(默认设置为0.05)




2. 启用目标质量流量冗长(默认为no)。如果启用，它将向控制台窗口打印所需的质量流量、计算出的质量流量、平均压力、施加在出口上的新压力，以及SI单位的压力变化。

3. 指定绝对压力上限和绝对压力下限。在出口边界数量较多的情况下，不同边界上的压力变化不同，规定压力范围可以提高收敛性.
   

• 如果遇到收敛困难或者解决方案不能在期望的质量流量下收敛，那么尝试从默认值降低欠松弛因子。
  

• 在某些情况下，可以首先关闭目标质量流量选项，然后猜测一个出口压力将使溶液更接近目标质量流量。在解决方案稳定后，您可以打开目标质量流量选项，并迭代收敛。
  

• 用完整的多重网格初始化在获得良好的初始解方面也非常有帮助，并且通常会减少在目标质量流量上得到收敛解所需的时间。