FloEFD热仿真分析之计算域&计算子域&边界条件
本文摘要（由AI生成）：
这篇文档主要介绍了计算域的定义、编辑、边界条件和流体子域等内容。计算域是用于分析直流流动和热传递计算的区域，其尺寸需合理设置以提高效率。编辑计算域可以通过粗略或精准操作进行。边界条件包括绝缘、对称、周期性等，还可以设置流体子域。针对内部和外部流动，边界条件的设置有所不同。文档还介绍了边界条件的类型，包括流动开口、压力开口和壁面等。
何为计算域
完成向导设置后，软件自动创建计算域。计算域是用于分析直流流动和热传递计算的区域。，是一个可用于3D或者2D分析的长方形区域，平行于全局坐标系平面，其包括了分析相关的所有物体和条件。理论上，该区域的尺寸越大越好，但是造成求解计算时间的增加和计算资源的浪费。然而一个合理的流动和热传递分析，既要包含所有影响结果的所有条件，又要尽可能的提高效率。所以一个合理的计算尺寸就是其中的一点。
对于外部流动，计算域的边界应该远离模型。不同的模型都有个相对合理的计算域，如自然散热的灯具而言，建议重力反方向留2个灯具高度，重力方向1个灯具高度，四周方向每边留0.5个灯具宽度。若其他的分析类型，可自行进行计算域尺寸无关性的计算。
对于内部流动，如果考虑固体内热传导，计算域的边界自动包围整个模型，如果不考虑固体内热传导，则计算域的边界仅包围模型的流体通道。
如何编辑计算域
粗略操作：左击分析树下的计算域，窗口中显示计算域的边界，拖动箭头可调整计算域的大小，粗略调整到满意位置，若沿相同轴同时对称地调整两个边界，可同时按住shift。注意总计有6各方向，新手不建议这么操作；
精准操作：右击分析树下的计算域，再左击编辑定义，即可以设置计算域。默认识别是3D模型，如是2D流动模拟流动则可以将计算域重新定义为2D模拟，从而减少所需的内存和CPU时间。对于2D流动分析，会在计算域的两个对边上设置对称的边界条件。计算域的大小通过测量3D模型尺寸得到再乘以对应系数设置。当设置完计算域后可右击模型树计算域，选择隐藏，以便后期的其他操作。此外，外观颜色及透明度都可以根据要求更改，一般不做改动。
计算域的边界条件
计算域的边界条件默认为绝缘，当然还有对称和周期性选项，如果完全确信内部或者外部流动是对称的，可以调整计算域的大小分割出一个相关流动区域，那么可以选择对称选项，并把对应坐标方向上的大小调整到对称轴的位置。如此，只要分析1/2模型甚至1/4模型就能得到整个模型的结果，可节省计算机资源（注意模型对称后，热功耗、流量等参数都对应进行变化）。如果模型按照周期性顺序排列的相同几何要素，则可以沿着相同几何要素以一定距离重复出现的方向指定周期性条件，以缩短计算时间（注意最多只能为两个方向指定周期性条件，且沿选定方向上的基本网格单元数量不得少于5）。
流体子域
在进行流动与传热分析的时候，经常会涉及到多种流体，比如油汀电暖器，就是油与空气的两种液体。这时候可以选择封闭的流动区域定义为流动子区域，在这个区域内的流体可以与向导中的默认流体不同。再强调下，包含不同流体类型的流体区域必须用固体区域分隔开。通常还需要可以指定流体子域中的初始条件，甚至流动特征。
操作：右击分析树的流体子域，再点击插入流体子域，跳出流体子域窗口。在图形区域中选择流体区域边界的任何面，软件会将与所选面接触的流体区域设置为流体子域，所选择的面将显示在选择下的可应用流体子域的面列表中。在生成流体子域后（呈现为蓝**域，注意观察是否是所需的流体子域），还需要指定流体类型、流动参数、热动力参数、湍流参数和流动特征。
流体类型：此处只会出现向导中已经选择的所有流体，选择对应流体子域内的流体，注意只能为流体子域分配一种真实气体或者蒸汽。
流动参数：用于指定流体的初始速度；
热动力参数：用于指定压力、温度或者密度三者中的任意两者的参数，对于液体，则指定静压和温度；
当然，如果向导里设置混合物或者湿度，那么在这边同时还需要指定物质浓度或者气体的相对湿度；
湍流参数：用于指定湍流强度和长度或者湍流动能和耗散，一般软件自动识别，无需更改；
流动特征：默认层流和湍流，一般保持不变即可；
如下，左边25℃水进入均温板，整个模型在空气中自然散热，则需要创建流体子域。
如果模型不做处理，选择均温板与水接触的面后，自动生成如下的流体子域。发现整个计算域内都被识别为流体子域，这与实际不符合。
那到底为什么呢？其实原始模型的流体子域没有完全封闭。所以先把进入口封闭，重新选择流体接触的面，则可以生成所需的流体子域。另外，封闭入口的第一印象是使用【创建端盖】，但在创建流体子域时无效的，所以只能从MCAD中处理模型。
边界条件
边界条件是指整个流动分析系统在去除周边环境后，仍能保持该系统不变所附加的条件，可以被定义为计算域边界上所求解变量或其一阶导数随位置或时间变化的规律。通常情况下，边界条件包括流动边界条件、压力边界条件、壁面边界条件、对称边界条件和周期性边界条件等。在解决任何问题都必须有边界条件和初始条件，就是在不同的分析类型中所起的作用不同而已。
稳态与瞬态区别：
在稳态问题中，初始条件影响结果收敛的速度，边界条件控制流动形式。
在瞬态（非稳态）问题中，随时间变化的流动形式受边界条件和初始条件的影响。
内部与外部区别：
针对内部流动，在模型表面（包括壁面或者开口）上指定流动边界条件，如果是对称模型，还可以在计算域上指定边界条件。注意，为了出入口流量能准确达到平稳，最好至少指定一个压力条件并且至少指定一个流动条件。
针对外部流动，在所有计算域边界上指定流动边界条件，还可以指定在有开口的模型表面上。
边界条件的类型
边界条件中的类型主要有三种：流动开口、压力开口、壁面
流动开口：指定出口或者入口的速度、质量流量或体积流量。
压力开口：指定静压、总压或环境压力，注意环境压力在流动入口作为总压，流动出口作为静压；
壁面：分为真实壁面、理想壁面和外壁面，真实壁面可以指定粗糙度、热传递系数或壁面温度，理想壁面认为是绝热的光滑壁面，而外壁面用于指定外壁面的温度、热传导系数以及外壁面的外部流体温度。
边界条件设置
右击分析树中的边界条件，选择插入边界条件。如下，为设置某机箱出风口与大气相连的边界条件。
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