Fluent边界｜03 速度入口边界

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了Fluent中速度入口边界的使用方法和注意事项。速度入口边界用于定义不可压缩流动和可压缩流动中的入口边界条件，包括流速、静压、温度、出口表压等参数。在特殊情况下，可以使用速度入口边界以速度分量方式来定义出口处的流速，但需确保计算域内的连续性。在可压缩流体内流场计算时，需要谨慎使用速度入口，避免数值不稳定。

速度入口边界是Fluent中计算不可压缩流动时最常用的入口边界。

速度入口边界条件用于定义在入口边界处的流速及相关标量特性。采用此类边界条件时，入口总压需要通过计算来确定（通过调整入口总压使得入口速度满足输入值）。速度入口边界条件可用于不可压缩流动和可压缩流动。

注意：在可压缩流体内流场计算时，需要谨慎使用速度入口。若流道受到阻塞且没有辅助流道来缓解阻塞时，速度入口边界会导致数值不稳定，此时不推荐使用速度入口边界。这种情况下，应当切换到压力入口边界条件，或修改操作条件以避免内部流动阻塞。在超声速或跨声速流动时可能会发生阻塞线性。

在特殊情况下，可以使用速度入口边界以速度分量方式来定义出口处的流速，使用该方式须确保计算域内的连续性。

1 参数设置

速度入口条件设置对话框如下图所示。

速度入口边界条件

速度入口输入参数包括：

• 参考系类型
• 速度值或速度分量
• 静压
• 温度（能量方程）
• 出口表压（密度基求解器计算）
• 湍流参数（湍流模型）
• 辐射参数（辐射模型）
• 化学组分质量分数或摩尔分数（组分输运模型）
• 混合分数及variance（非预混或部分预混燃烧模型）
• 进程变量（预混或部分预混燃烧模型）
• 离散相边界（DPM模型）
• 多相流边界（多相流模型）
• acoustic wave model设置

1.1 指定速度

在速度入口边界设置对话框中可以采用多种方式指定速度：

三种不同的速度指定方式

• Magnitude and Direction：指定速度值与方向向量。速度值为正值，方向向量可以为流入也可以为流出方向。
• Component：指定速度分量。速度值可以为正也可以为负。
• Magnitude，Normal to Boundary：指定边界法向速度值。流动方向为边界法向流入计算域方向，指定正值表示流入计算域，负值表示流出计算域。

这三种速度指定方式是等效的，使用时任选其一即可。

1.2 指定角速度

在2D模型中，当指定2D模型为Antisymmetric Swirl且选择速度指定方式为Components时需要指定旋转速度（Swirl-Velocity）以及角速度，如下图所示。

在3D模型中当选定Components方式指定速度，且同时选择了Cylindrical或Local Cylindrical坐标系统时，此时用户可以输入切向速度（Tangential Velocity）以及入口角速度。

指定角速度

若指定了角速度，则旋转速度可计算为，其中为径向距离。若用户同时指定了旋转速度及角速度（或切向速度与角速度），则Fluent会以 来作为旋转速度或切向速度。

1.3 定义静压

当入口流动为超声速流动或用户想要利用入口条件对计算域进行初始化时，需要指定入口静压（Supersonic/Initial Gauge Pressure）。

当入口为亚音速时，忽略参数Supersonic/Initial Gauge Pressure。

该输入参数为参考压力的相对值。

1.4 定义温度

当激活了能量方程时，速度入口需要指定静温，如下图所示。

设置入口温度

1.5 指定出口表压

当采用密度基求解器时，需要指定速度入口边界的出口表压（Outflow Gauge Pressure），如下图所示。

设置出口表压

当有流体从速度入口边界面上流出计算域时，该边界面被当做压力出口，其压力值为输入的出口表压值。

2 速度入口的计算

当速度入口边界条件定义了进入流体域的速度时，Fluent使用速度分量和定义为边界条件的标量来计算入口质量流量、动量通量、能量和组分通量。

进入速度入口边界相邻的流体单元的质量流量计算为：

注意：只有法向速度分量对入口流量有影响

3 速度出口的处理

有时用速度来表征流出条件。如当通过流体域的出口流量已知时，可以使用该方法。

注意：采用速度出口边界需要确保计算域内流动连续。若仅为了保证出口流量，可以使用质量流量出口。使用速度出口还是要慎重，尽量不要使用。

在压力基求解器中，当使用速度边界指定流体流出时，Fluent使用边界法向速度值作为流体边界。

在密度基求解器中，若流体从任意网格面流出计算域，则该网格面被视作压力出口，其压力值为用户在入口边界条件对话框中指定的Outflow Gauge Pressure参数值。