Fluent边界｜08 自由出流边界

自由出流边界可以说是Fluent中最简单，也是最容易被滥用的一种出口边界。

当出口压力与速度均未知时，可以使用Outflow边界条件。该边界通常无需定义任何物理参数，Fluent利用计算域内部信息通过数值外插获取该边界上的物理量分布。

1 边界局限性

该边界使用起来比较简单，但是局限性也较大。Outflow边界局限性包括：

• 当入口使用压力入口边界时，不可以使用outflow，此时应该使用压力出口
• outflow边界不能用于可压缩流动
• 在包含可变密度（即使流体不可压缩）的瞬态计算中不可使用outflow边界

通常，在不可压缩的情况下，欧拉模型或混合多相模型可以使用outflow边界。但如果出口可能产生回流，或流场在出口位置非充分发展时，通常使用压力出口边界

2 边界处理

Fluent在Outflow边界使用的边界条件为：

出口流动变量扩散通量为零意味着出口边界上物理量的分布是通过计算域内部信息数值外推得到的，该边界不会影响到上游流动。Fluent使用数值外推的方法，在出口边界面积不变的情况下更新出口速度与压力，其方式与充分发展的流动假设一致。

Fluent将outflow边界视作充分发展边界，假设该边界上的流动满足充分发展流动假设。充分发展的流动是流动速度分布(和/或其他性质的分布，如温度)在流动方向上不变的流动。

需要注意的是，在Outflow边界上只有法向方向的扩散通量为零，切向方向依然可以存在梯度。

3 使用Outflow边界

如下图所示的流动模型。

流动示意图

Outflow边界只能用于法向梯度为0的区域（如图中的C位置）。

• 位置C所示的出口边界位于流动充分发展的区域。在此位置，Outflow边界条件完全符合
• 位置B位于后向台阶再循环再附点附近。在该位置使用Outflow边界是不合适的。该位置垂直于出口平面的梯度很大，可以预料到该边界对上游流场影响较大，而Outflow边界忽略了这些轴向梯度，因此在该位置选择Outflow边界是不合适的
• 选择位置A作为Outflow边界通常会计算不收敛，计算结果通常是无效的。因为该位置存在严重的流动回流，通过该边界的质量流量是不确定的。此时应当使用压力出口边界。

注：在计算过程中，如果在流出边界的任何位置存在流动再循环（回流），即使最终的求解不再有回流，也会影响收敛性，湍流模拟中尤其如此。

4 流量分配

在Fluent中，可以使用多个outflow边界并指定通过每个边界的流量比例，这可以在Outflow边界中通过设置参数Flow Rate Weighting来实现。

Outflow边界参数设置对话框

默认情况下，所有流出边界的Flow Rate Weighting设置为1。如果Outflow边界之间质量流量平均分配(或者只有一个流出边界)，则不需要更改默认设置；Fluent将对流量分数进行归一化处理，使其通过所有的流出边界得到相等的分数。因此，如果有两个流出边界，并且希望两个边界的流量相等，则不需要任何的输入。但是，如果行为75%的流通过一个出口，25%通过另一个出口，则需要显式地指定两个Flow Rate Weighting，即一个边界为0.75，另一个边界为0.25。

需要注意，如果计算域有两个Outflow边界，其中B1边界Flow Rate Weighting为0.75，另一个边界B2采用默认值1。则计算时B1边界的流量分配为：

B2边界流量分配：

Flow Rate Weighting参数值可以大于1，Fluent会自动归一化处理。