-
定义边界条件概述
边界条件包括流动变量和热
变量在边界处的值。它是
FLUENT
分析得很关键的
一部分，设定边界条件必须小心谨慎。
边界条
件的分类：
进出口边界条件：压力、速度、质量进口、进风口、进气扇、
压力出口、
压力远场边界条件、
质量出口、
通风口、
排气扇；
壁面、
repeating, and
pole boundaries:
< br>壁面，对称，周期，轴；内部单元区域：流体、固体
(
多
孔是一种
流动区域类型
)
；内部表面
边界：风扇、散热器、多孔跳跃、壁面、内部。
(
内
部表面边界条件定义在单元表面，
这意味着它们没有有限厚度，
并提供了流场性
质的每一步的变化。
这些边界条件
用来补充描述排气扇、
细孔薄膜以及散热器的
物理模型。内部表
面区域的内部类型不需要你输入任何东西。
)
下面一节将详细介绍上面所叙述边界条件，
并详细介绍了它们的设定方法以及
设
定的具体合适条件。
周期性边界条件在本章中介绍，
模拟完全发展的周期性流动
将在周期性流动和热传导一章中介绍。
使用边界条件面板
边界条件
(Figure 1)
对于特
定边界允许你改变边界条件区域类型，
并且打开其他的
面板以设
定每一区域的边界条件参数
菜单：
Define/Boundary
Conditions...
Figure 1:
边界条件面板
改变边界区域类型
设定任何边界条件
之前，
必须检查所有边界区域的区域类型，
如有必要就作适当<
/p>
的修改。比方说：如果你的网格是压力入口，但是你想要使用速度入口，你就要
把压力入口改为速度入口之后再设定。
改变类型的步骤如下：
:
1.
在区域下拉列表中选定所要修改的区域
2.
在类型列表中选择正确的区域类型
3.
当问题提示菜单出现时，点击确认
确认改变之后，区域类型将会改变，名字也将自动改变
(
如果初始名字时缺省的
请参阅边界条件区域
名字一节
),
设定区域边界条件的面板也将自动打开。
！
注意：
这个方法不
能用于改变周期性类型，
因为该边界类型已经存在了附加限
制。
创建边界条件一节解释了如何创建和分开周期性区域。
需要注意
的是，
只能
在图一中每一个类别中改变边界类型
(
注意：双边区域表面是分离的不同单元区
域
.)
Figure 1:
区域类型的分类列表
设定边界条件
在
FLUENT
中，边界条件和区域有关而与个别表面或者单元无关。如果要结合
具有相同边界条件的两个或更多区域请参阅合并区域一节。
设定每一特定区域的边界条件，请遵循下面的步骤：
1.
在边界条件区域的下拉列表中选
择区域。
2.
点击
Set...
按钮。或者，
1.
在区域
下拉列表中选择区域。
2.
在类型列表中点击所要选择的类型。
或者在区域列表中双击所需
区域
.
，
选择边
界条件区域将会打开，并且你可以指定适当的边界条件
在图像显示方面选择边界区域
在边界
条件中不论你合适需要选择区域，
你都能用鼠标在图形窗口选择适当的区
域。
如果你是第一次设定问题这一功能尤其有用，
如果
你有两个或者更多的具有
相同类型的区域而且你想要确定区域的标号
（也就是画出哪一区域是哪个）
这一
功能也很有用。要使用
该功能请按下述步骤做：
1.
用网格
显示面板显示网格。
2.
用鼠标指针（默认是鼠标右键
--
参阅控制鼠标键
函数以改变鼠标键的功能）
在图形窗口中点击边界区域。
在图形显示中选择的区
域将会自动被选入在边界条件面板中的区域列表中，
它的名字和编号也会自
动在
控制窗口中显示
改变边界条件名字
每一边界的名字是
它的类型加标号数
（比如
pressure-inlet-7<
/p>
）
。
在某些情况下你可
< br>能想要对边界区域分配更多的描述名。
如果你有两个压力入口区域，
比方说，
你
可能想重名名它们为
small-inlet
和
large-inlet
。
(
改变边界的名字不会改变相应的
类型
)
重名名区域，遵循如下步骤：
1.<
/p>
在边界条件的区域下拉列表选择所要重名名的区域。
2.
点击
Set...
打
开所选区域的面板。
3.
在区域名字中输入新的名字
4.
点击
OK
按钮。
注意：如果你指定区域的新名字然后改变它的类型，你所改的名字
将会被保留，
如果区域名字是类型加标号，名字将会自动改变。
边界条件的非一致输入
每一类型的边
界区域的大多数条件定义为轮廓函数而不是常值。
你可以使用外部
产生的边界轮廓文件的轮廓，或者用自定义函数
(UDF)
来
创建。具体情况清参阅
相关内容
流动入口和出口
< br>FLUENT
有很多的边界条件允许流动进入或者流出解域。
下面一节描述了每一种
边界条件的类型的使用以及所需要的信息，这样就帮助你适当
的选择边界条件。
下面还提供了湍流参数的入口值的确定方法。
使用流动边界条件
下面对流动边界条件的使用作一概述
对于流动的出入口，
FLUENT
提供了十种边界单元类型：速
度入口、压力入口、
质量入口、压力出口、压力远场、质量出口，进风口，进气扇，出风
口以及排气
扇。
下面是
FLUENT
中的进出口边界条件选项：
l
速度入口边界条件用于定义流动入口边界的速度和标量
l
压力入口边界条件用来定义流动入口边界的总压和其它标量。
l
质量流动入口边界条件用于可压流规定入口的质量流速。<
/p>
在不可压流中不必指
定入口的质量流，
因
为当密度是常数时，
速度入口边界条件就确定了质量流条件。
l
压力出口边界条件用于定义流动出口的静压（在回流中还包
括其它的标量）
。
当出现回流时，
使用
压力出口边界条件来代替质量出口条件常常有更好的收敛速
度。
l
压力远场条件用于模拟无穷远处的自由可压流动，
该流动的自由流马赫数以及
静态条件已经指定了。这一边界类型只用于可
压流。
l
质量出口边界条件用于在解决流动问题之前，
所模拟的流动出口的流速
和压力的详细情况还未知的情况。
在流动出口是完全发展的时候这一条件是适合
的，
这是因为
质量出口边界条件假定出了压力之外的所有流动变量正法向梯度为
零。对于可压流计算，
这一条件是不适合的。
l
进风口边界条件用于模拟具有指定的损失系数，流动方向以及
周围（入
口）环境总压和总温的进风口。
l
进气扇
边界条件用于模拟外部进气扇，它具有指定的压力跳跃，流动方
向以及周围（进口）总压
和总温。
l
通风口边界条件用于模拟通风口，
它
具有指定的损失系数以及周围环境
（排放处）的静压和静温。
l
排气扇
边界条件用于模拟外部排气扇，
它具有指定的压力跳跃以及周围
环境（排放处）的静压。
决定湍流参数
在入口、
出口或远场边界流入流域的流动，
FLUENT<
/p>
需要指定输运标量的值。
本
节描述了对于
特定模型需要哪些量，
并且该如何指定它们。
也为确定流入边界
值
最为合适的方法提供了指导方针。
使用轮廓指定湍流参量
在入口处要准确的描述边界层和完全发展的湍流流动，
你应该通过实验数据
和经
验公式创建边界轮廓文件来完美的设定湍流量。
如果你有轮
廓的分析描述而不是
数据点，
你也可以用这个分析描述来创建边
界轮廓文件，
或者创建用户自定义函
数来提供入口边界的信息。
一旦你创建了轮廓函数，你就可以使用如下的方法：
l
Spalart-Allmaras
模型：在湍流指定方法下拉菜单中指定湍流粘性比，并在在
湍流粘性比之后的下拉菜单中
选择适当的轮廓名。通过将
m_t/m
和密度与分子
粘性的适当结合，
FLUENT
为修改后的湍流粘性计算边界值。
l
k-e
模型：在湍流指定方法下拉菜
单中选择
K
和
Epsilon
并在湍动能（
Turb.
Kinetic <
/p>
Energy
）和湍流扩散速度（
Tur
b.
Dissipation
Rate
）之后的下拉菜单中选
择适当的轮廓名。
l
雷诺应力模型：
在湍流指定方法下拉菜单中选择
K
和
< br>Epsilon
并在湍动能
（
T
urb.
Kinetic
Energy
）和湍流扩散速度（
Turb.
Dissipation
Rate
）之后的下拉菜单中选
择适当
的轮廓名。
在湍流指定方法下拉菜单中选择雷诺应力部分，
并在
每一个单
独的雷诺应力部分之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。
湍流量的统一说明
在某些情况下流动流入开始时，将边界处的所有湍流量指定为
统一值是适当的。
比如说，在进入管道的流体，远场边界，甚至完全发展的管流中，湍流
量的精确
轮廓是未知的。
在大多数湍
流流动中，
湍流的更高层次产生于边界层而不是流动边界进入流域的
地方，
因此这就导致了计算结果对流入边界值相对来说不敏感。
然而必须注意的
是要保证边界值不是非物理边界。非物理边界会导致你的解不准确或
者不收敛。
对于外部流来说这一特点尤其突出，
如果自由流的有
效粘性系数具有非物理性的
大值，边界层就会找不到了。
你可以在使用轮廓指定湍流量一节中描述的湍流指定方法，
来输入同
一数值取代
轮廓。你也可以选择用更为方便的量来指定湍流量，如湍流强度，湍流粘性比
，
水力直径以及湍流特征尺度，下面将会对这些内容作一详细叙述。
湍流强度
I
< br>定义为相对于平均速度
u_avg
的脉动速度
u^'
的均方根。
<
/p>
小于或等于
1%
的湍流强度通常被认为低
强度湍流，大于
10%
被认为是高强度湍
流。从外界，测量数据的入口边界，你可以很好的估计湍流强度。例如：如果你
模拟风
洞试验，
自由流的湍流强度通常可以从风洞指标中得到。
在现代
低湍流风
洞中自由流湍流强度通常低到
0.05%
。
.
对于内部流动，<
/p>
入口的湍流强度完全依赖于上游流动的历史，
如果上游流动没有<
/p>
完全发展或者没有被扰动，
你就可以使用低湍流强度。
如果流动完全发展，
湍流
强度可能就达到了百分之
几。
完全发展的管流的核心的湍流强度可以用下面的经
验公式计
算：
例
如，在雷诺数为
50000
是湍流强度为
4%
湍流尺度
l
是和携带湍流能量
的大涡的尺度有关的物理量。
在完全发展的管流中，
l
被管道的尺寸所限制，因为大涡不能大于管道的尺寸。
L
和管的物理尺寸之间
的计算关系如下：
其中
L
为管道的相关尺寸。因子
0.07
是基于完全发展湍流流动混合长度的最大
值的，对
于非圆形截面的管道，你可以用水力学直径取代
L
。
如果湍流的产生是由于管道中的障碍物等特征，
你最好用该特征长度作为湍流长
度
L
而
不是用管道尺寸。
注意：公式
并不是适用于所有的情况
。它只是在大多数情况下得很好的近似。
对于特定流动，选择
L
和
l
的原则如下：
l
对于完全发展的内部流动
，选择强度和水力学直径指定方法，并在水力学直
径流场中指定
L=D_H
。
l
对于旋转叶片的下游流动，穿孔圆
盘等，选择强度和水力学直径指定方法，
并在水力学直径流场中指定流动的特征长度为<
/p>
L
l
<
/p>
对于壁面限制的流动，入口流动包含了湍流边界层。选择湍流强度和长度尺
度方法并使用边界层厚度
d_99
来计算湍流长度尺度
l
，
在湍流长度尺度流场中输
入
l=0.4
d_99
这个值
湍流粘性比
m_t/m
直接与湍流雷诺数成比例
(Re_t
?k^2/(e n))
。
Re_t
在
高湍流数的
边界层，剪切层和完全发展的管流中是较大的
(10
0
到
1000)
。然而，在大多数外<
/p>
流的自由流边界层中
m_t/m
相当的小
。湍流参数的典型设定为
模 模型或者
为平均流动速度 无论你是使用湍流强度和水力学直径， <
br> <
br>e
U ?k/?x = - e. <
br>检查结果的湍流粘性比
从 。
1
。
要根据湍流粘性比来指定量
，你可以选择湍流粘性比（对于
Spalart-Allmaras
型）或者强度和粘性比（对于
k-e
RSM
）
。
推导湍流量的关系式
要获得更方便的湍流量的输运值，
如
：
I, L,
或者
m_t/m
，
你必须求助于经验公式，
下面是
FLUENT
中常用的几个有用的关系式。要获得修改的湍流粘性，它和湍<
/p>
流强度
I
长度尺度
l
有如下关系：
在
Spalart-Allmara
s
模型中，如果你要选择湍流强度和水力学直径来计算
l
可以
从前面的公式中获得。
湍动能
k
和湍流强度
I
之间的关系为：
其中
u_avg
除了为
k
和
e
指定具体的值之外，
强度和
长度尺度或者
强度粘性比方法，你都要使用上述公式。
如果你知道湍流长度
尺度
l
你可以使用下面的关系式：
其中
<
/p>
是湍流模型中指定的经验常数
（近似为
0
.09
）
，
l
的公式在前面已经讨论了。
除了为
k
和
e
制定具体的值之外，
无论你是使用湍流强度和水力学直径还是强度
和长度尺度，你都要使用上述公
式。
E
的值也可以用下式计算，它与
湍流粘性比
m_t/m
以及
k
有关：
其中
是湍流模型中指定的经验常数（
近似为
0.09
）
。
除了为
k
和
制定具体的值之外，
无论你是使用湍流强度和水力学直
径还是强度
和长度尺度，你都要使用上述公式。
如果你是在模拟风洞条件，在风洞中模型被安装在网格和
/
或金属网格屏下游的
测试段，你可以用下
面的公式：
其中，
是你希望的在穿过流场之后<
/p>
k
的衰减
(
比方
说
k
入口值的
10%),
自由流
的速度
是流域内自由流的流向长度
Equation
9
是在高雷诺数各向同性湍流中观
察到的幂率衰减的线
性近似。它是基于衰减湍流中
k
的精确方程
如果你用这种方法估计
e
，你也要用方程
7
m_t/m
，以保
证它不是太大。
虽然这不是
FLUENT
内部使用的方法，但是你可以用它来推导
e
的常数自由流
值，然后你可以用湍流指定方法下拉菜单中选择
K
和
Epsilon
直
接指定。在这种
情况下，你需要使用方程
3
I
来计算
k
当使用
RSM
时，
如果你不在雷诺应力指定方法的下拉列表中使用雷诺应力选项，
明显的制定入口处的雷诺应力值，
它们就会近似的由
k
的指定值来决定。
湍流假
定为各向
同性，保证
以及
<
/p>
(
下标
a
不求和
).
如果你在雷诺应力指定方法下
拉列表中选择
K
或者湍流强度，
FLU
ENT
就会使
用这种方法。
对大涡模拟（
LES
）指定入口湍流
大涡模拟
模型一节中所描述的
LES
速度入口中指定的的湍流强度值，被
用于随
机扰动入口处速度场的瞬时速度。
它并不指定被模拟的湍
流量。
正如大涡模拟模
型中介绍的边界条件中所描述的，
通过叠加每个速度分量的随机扰动来计算流动
入口边界处的随机成分<
/p>
.
压力入口边界条件
压力入口边界条件
用于定义流动入口的压力以及其它标量属性。
它即可以适用于
可
压流，
也可以用于不可压流。
压力入口边界条件可用于压力已知
但是流动速度
和
/
或速率未知的情况。
这一情况可用于很多实际问题，比如浮力驱动的流动。
压力入口边界条件也可用来定义外
部或无约束流的自由边界。
对于流动边界条件
的概述，请参阅流
动入口和出口一节。
压力入口边界条件的输入
综述
对于压力入口边界条件你需要输入如下信息
l
驻点总压
l
驻点总温
l
流动方向
l
静压
l
湍流参数（对于湍流计算）
l
辐射参数
(
对于使用
P-1
模型、
DTRM
模型或者
DO
模
型的计算
)
l
化学组分质量百分比
(
对于组分计算
)
l
混合分数和变化
(
< br>对于
PDF
燃烧计算
)
l
程序变量
(
对于预混和燃烧计算
)
l
离散相边界条件
(
< br>对于离散相的计算
)
l
<
/p>
次要相的体积分数
(
对于多相计算
)
所有的值都在压力入口面板中输入
(Figure
1)
，该面板是从边界条件打开的。
Figure 1:
压力入口面板
压力输入和静压头
压力场
(p_s^')
和压力输入
(p_s^' or
p_0^')
包括静压头
r_0 g
x
。也就是
FLUENT
以
下式定义的压力：
或者
这一定义允许静压头放进体积力项
(r - r_0)g
中考虑，
而且当密度一致时，
从压力
计算中排除了。因此你的压力输入不因该考虑静压的微分，压力
(p^'
_s)
的报告也
不会显示静压的任何影响。
有关浮力驱动流动的内容请参阅浮力驱动流动和自然
对流的信息
定义总压和总温
在压力入口面板中的
Gauge
Total
Pressure
fi
eld
输入总压值。总温会在
Total
Temperature
field
中设定。记住，总压值是在操作条件面板中定义的与操作压力
有关的的总压值。不可压流
体的总压定义为：
对于可压流体为：
其中：
p_0
=
总压
p_s
=
静压
M
=
马赫数
c
=
比热比
(c_p/c_v)
如果模拟
轴对称涡流，
方程
1
中的
v
包括了旋转分量。
如果相邻区域是移动的
（即：
如果使用旋转参考坐标系，多重参考坐标系，混合平面或者滑移网
格）
，而且你
是使用分离解算器。
那么
方程
1
中的速度
（或者方程
3
中的马赫数）
将是绝对的，
或者相对与网格速度。
这依赖于解算器面板中绝对速度公式是否激活。
对于耦合
解算器，
方程
1<
/p>
中的速度
（或者方程
3
< br>中的马赫数）
通常是在绝对坐标系下的速
度。
定义流动方向
你可以在压力入口明确的定义流动的方向，
< br>或者定义流动垂直于边界。
如果你选
择指定方向矢量，你
既可以设定笛卡尔坐标
x,
y,
和<
/p>
z
的分量，也可以设
(
< br>圆柱坐
标的
)
半径，切线和轴向
分量。对于使用分离解算器计算移动区域问题，流动方
向将是绝对速度或者相对于网格相
对速度，
这取决于解算器面板中的绝对速度公
式是否被激活。对
于耦合解算器，流动方向通常是绝对坐标系中的。
定义流动方向的步骤如下，总结请参考
Figure
1
。
1.
在方向指定下拉菜单中选择指定流动方向的方法，
或者是方向矢量或
者
是垂直于边界。
2.
如果你在第一步中选择垂直于边界，并且是在模拟轴对称涡流
，请输入
流动适当的切向速度，如果不是模拟涡流就不需要其它的附加输入了。
3.
如果第
一步中你选择指定方向矢量，并且你的几何外形是
3
维的，你就
需要选择定义矢量分量的坐标系统。在坐标系下拉菜单中选择笛卡尔
(X, Y
, Z)
坐
标，柱坐标
（半径，切线和轴）
，或者局部柱坐标。
l
笛卡尔坐标系是基于几何图形所使用的笛卡尔坐标系。
l
柱坐标
在下面的坐标系统的基础上使用轴、角度和切线三个分量。
l
对于包含一个单独的单元区域时，
坐标系由旋转轴和在流体面板中原来
的指定来定义。
l
对于包含多重区域的问题（比如多重参考坐标或滑动网格）<
/p>
，坐标系由
流体（固体）面板中为临近入口的流体（固体）区域的
旋转轴来定义。
对于上述所有柱坐标的定义，
正径向速度指向旋转轴的外向。
正轴向速度和旋转
轴矢
量的方向相同，正切向方向用右手定则来判断。参阅下图一目了然。
Figure 1:
在二维、三维和轴对称区域的柱坐标速度分量
当地柱坐标系统允许你对特定的入口定义坐标系，
在压力入口面板中你就可以定
义该坐标系统。
如果你对于不同的旋转轴有几个入口，
那么当地坐标系会很有用
的。
4.
如果你在第一步中指定方向矢量，用如下的方法定义矢量分量：
l
如果是
二维非对称图形或者你在第三步中选择矢量分量，
请输入适当的
X, Y
,
和
(in 3D)
Z
分量。
l
如果是二维轴对称图形或者第三部
分选择了柱坐标，请输入适当的半
径，角度以及切线方向的分量。
l
如果使
用当地柱坐标系，
请输入适当的半径，
角度以及切线方向的分量
，
并指定轴向的
X, Y
,
和
Z
向分量，以及坐标起点的坐标。
图一就是各个坐标系统的矢量分量。
定义静压
如果入口流动是超声速的，或者你打算用压力入口边界条件来对解进行初始化，
那么你必须指定静压
(termed the
Supersonic/Initial Gauge
Pressure)
。
需要记住的是
这个静压和你在操作条件面板中的操作压力是相关的。
请参阅有关
于压力输入和静压头相关输入的解释。
只要流动是亚声速的
，
FLUENT
会忽略
Superso
nic/Initial Gauge Pressure
，
它
是由
指定的驻点值来计算的。如果你打算使用压力入口边界条件来初始化解域，
Supersonic/Initial Gauge Pressure
是与计算初始值的指定驻点压力相联系的，
计算
初始值的方法
有各向同性关系式
（对于可压流）
或者贝努力方程
（对于不可压流）
。
因此，对于压声速入口，它是在
关于入口马赫数（可压流）或者入口速度（不可
压流）合理的估计之上设定的。
定义湍流参数
对于湍流计算，
有几种方法来定义湍
流参数。
至于哪种方法合适请参阅决定湍流
参数一节。湍流模型
是在
湍流模型
一章中介绍
定义辐射参数
如果你打算使用
P-1
辐射模型、
DTRM
或者
DO
模型，
你就需要设定内部发散率
以及（可选）黑体温度。详情请参阅设定边界条件一
节
(Rosseland
不需要任何边
界条件的输入
)
。
定义组分质量百分比
如果你是用有限速度模型来模拟组分输运，
< br>你就需要设定组分质量百分比。
详情
请参阅组分边界条件
的定义。
定义
PDF/
混合分数参数
如果你用
PDF
模型模拟燃烧，
你就需要设定平均混合分数以及混合分数变化
（如
果
你是用两个混合分数就还包括二级平均混合分数和二级混合分数变化）
。具体
情况如第三步定义边界条件所述。
定义预混和燃烧边界条件
如果使用与混合燃烧模型，
你就需要设定发展变量。
请见发展变量的边界条件设
定。
定义离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相，
你就可以在压力入口设定粒子轨道详情请参阅
离
散向模型的边界设定。
定义多相边界条件
对于多相流如果使用
VOF
，
cavitation
或者代数滑移混合模型，你就需要指定所
有二级相的体积分数。详情请参阅
VOF
模型、
cavitation
模型或者代数滑移混合
模型的边
界设定。
压力入口边界条件的默认设定
压力入口边界条件的默认设定如下（国际标准单位）
：
Gauge Total Pressure
0
Supersonic/Initial Gauge Pressure
0
Total Temperature
300
X-Component of Flow Direction
1
Y-Component of Flow Direction
0
Z-Component of Flow Direction
0
Turb. Kinetic Energy
1
Turb. Dissipation Rate
1
压力入口边界处的计算程序
FLUENT
压力入口边界条件的处理可以描述为从驻点条件到入口条
件的非自由
化的过渡。
对于不可压流是通过入口边界贝努力方程
的应用来完成的。
对于可压
流，使用的是理想气体的各向同性流
动关系式。
压力入口边界处的不可压流动计算
流动进入压力入口边界时，
FLUENT
使用边界条件压力，
该压力是作为入口平面
p_0
的总压输入的。
在不可压流动中，
入口总压，
静压和速度之间有如下关系：
。
通过你在出口分配的速度大小和流动方向可以计算出速度的各个分量。
入
口质量
流速以及动量、
能量和组分的流量可以作为计算程序在速
度入口边界的大纲用来
计算流动
对于
不可压流，入口平面的速度既可以是常数也可以是温度或者质量分数的函
数。
其中质量分数是你输入作为入口条件的值。
在通过压力出口流出的流动，<
/p>
用
指定的总压作为静压来使用。对于不可压流动来说，总温和静温
相等。
压力入口边界的可压流动计算
对于可压流，
应用理想气体的各向同性关系可以在压力入口将总压，
静压和速度
联系起来。在入口处输入总压，在临近流体单元中输
入静压，有关系式如下：
其中马赫数定义为：
马赫数的定义就不详述了。需要注意的是上面的方程中出现了
操作压力
p_op
这
是因为边界条件的
输入是和操作压力有关的压力。给定
p_0^'
和
p_s^'
上面的方程
就可以用于计算入口平面流体
的速度范围。
入口处的各个速度分量用方向矢量来
计算。对于可
压流，入口平面的密度由理想气体定律来计算：
。
R
由压力
入口边界条件定义的组分质量百分比来计算。
入口静温和总温的关系由
< br>下式计算：
。
速度入口边界条件
速度入口边界条件用于定义流动速度以及流动入口的流动属性
相关标量。
在这个
边界条件中，流动总的（驻点）的属性不是固
定的，所以无论什么时候提供流动
速度描述，它们都会增加。
这一边界条件适用于不可压流，
如果
用于可压流它会导致非物理结果，
这是因为
它允许驻点条件浮动
。
你也应该小心不要让速度入口靠近固体妨碍物，
因为这会
导致流动入口驻点属性具有太高的非一致性。
对于特定的例子，
FLUENT
可能会使用速度入口在流动
出口处定义流动速度
（在
这种情况下不使用标量输入）
。在这种情况下，必须保证区域内的所有流动性。
对于流动的概述请参阅
流动入口和出口。
速度入口边界条件的输入
概述
速度入口边界条件需要输入下列信息
l
速度大小与方向或者速度分量。
l
旋转速度（对于具有二维轴对称问
题的涡流）
。
l
温度（用于能量计算）
。
l
Outflow gauge pressure (for
calculations with the coupled solvers)
l
湍流参数（对于湍流计算）
l
辐射参数
(
对于
P-1
模型、
< br>DTRM
或者
DO
模型的计算<
/p>
)
l
化学组分质量百分数（对于组分计
算）
。
l
混合分数和变化（对于
PDE
燃烧计算）
。
l
发展变量（对于预混和燃烧计算）
。
l
离散相边界条件（对于离散相计算）
l
二级相
的体积分数
(
对于多相流计算
)
上面的所有值都有速度面板输入，它是从边界条件打开的（见
设定边界条件一
节）
。
Figure 1:
速度入口面板
定义速度
你可以通过定义来确定入口速度。
如果临近速度入口的单元区域是移动的
（也就
是说你使用旋转参考坐标系，多重坐标系或者滑动网格）
，你也可以指定相对速
度和绝对速度。对于
FLUEN
T
中的涡流轴对称问题，你还要指定涡流速度。
定义流入速度的程序如下：
1.
选择指定流动方向的方法：
在速度指
定方法下拉菜单中选择速度大小和
方向、速度分量或者垂直于边界的速度大小。
2.
如果临
近速度入口的单元区域是移动的，你可以指定相对或绝对速度。
相对于临近单元区域或者
参考坐标系下拉列表的绝对速度。
如果临近单元区域是
固定的，
相对速度和绝对速度是相等的，这个时候不用察看下拉列表。
3.
如果你想要设定速度的大小和方向
或者速度分量，
而且你的几何图形是
三维的，
< br>下一步你就要选择定义矢量和速度分量的坐标系。
坐标系就是前面所述
的三种。
4.
设定适当的速度参数，下面将会介绍每一个指定方法。
如果第一步中选择的是速度的大小和方向，
< br>你需要在流入边界条件中输入速度矢
量的大小以及方向。
l
如果是
二维非轴对称问题，或者你在第三步中选择笛卡尔坐标系，你需
要定义流动
X, Y
,
和
(
在三维问题中
)
Z
三个分量的大小。
l
如果是二维轴对称问题
,
，
或者第三步中使用柱坐标系，
请输入流动方向
的径向、轴向和切向的三个分量值。
l
如果你
在第三步中选择当地柱坐标系，请输入流动方向的径向、轴向和
切向的三个分量值。并指
定轴向的
X,
Y
,
和
Z-
分量以及坐标轴起点的
X,
Y
,
和
Z-
坐标的值。
定义流动方向的
Figure
1
表明这些不同坐标系矢量分量。
如
果你在定义速度的第一步中选择速度大小以及垂直的边界，
你需要在流入边界
处输入速度矢量的大小。
如果你模拟二维轴对称涡流，
你也要输入流向的切向分
量。
如果你在定义速度的第一步中
选择速度分量，
你需要在流入边界中输入速度
矢量的分量。
l
如果是二维非轴对称问题，或者你在第三步中选择笛卡尔坐标系，你需
要定义流动
X, Y
,
和
(
在三维问题中
)
Z
三个分量的大小。
l
如果是模拟涡流的二维轴对称问题
，你需要在速度设定中设定轴向、径
向和旋转速度，
。
l
如果是第三步中使用柱坐标系，请输入流动方向的径向、轴向和切向的
三个分量值，以及（可选）旋转角速度。
l
如果你在第三步中选择当地柱坐标
系，请输入流动方向的径向、轴向和
切向的三个分量值。并指定轴向的
< br>X,
Y
,
和
Z-
分量以及坐标轴起点的
X,
Y
,
和
Z-
坐标的值。
记住速度的正负分量和坐
标方向的正负是相同的。
柱坐标系下的速度的正负也是
一样。<
/p>
如果你在第一步中定义的是速度分量，
并在模拟轴对称涡流，
你可以指定除了涡
流速度之外的入口涡流
角速度
W
。相似地，如果你在第三步中使用柱坐标或者
当地柱坐标系，你可以指定除切向速度之外的入口角速度
W
。
如果你指定
W,
v_q
作为每个单元的
W r
，
其中
r
从起点到单元的距离。
如果你指
定涡流速度和涡流角速度或者切向速度和角速度，
FLUENT
会将
v_q
和
W r
加起
来获取每个单元的旋转速度或者切
向速度。
定义温度
在解能量方程时，你需要在温度场中的速度入口边界设定流动的静温。
定义流出标准压力
如果你是用一种耦合解算器，
你可以
为速度入口边界指定流出标准压力。
如果在
流动要在任何表面边
界处流出区域，
表面会被处理为压力出口，
该压力出口为流
出标准压力场中规定的压力。
(
注意：这一
影响和
RAMPANT
中得到的速度远场
边界相似。
定义湍流参数
对于湍流计算，
有几种定义湍流参数的方法。
至于选取哪种
方法以及相关的输入
值请参阅确定湍流参数一节。湍流模型的相关内容请参阅湍流模型一
章。
定义辐射参数
如果你打算使用
P-1
辐射模型、
DTRM
或者
DO
模型，
你就需要设定内部发散率
以及（可选）黑体温度。详情请参阅设定边界条件一
节
(Rosseland
不需要任何边
界条件的输入
)
。
定义组分质量百分比
如果你是用有限速度模型来模拟组分输运，
< br>你就需要设定组分质量百分比。
详情
请参阅组分边界条件
的定义。
定义
PDF/
混合分数参数
如果你用
PDF
模型模拟燃烧，
你就需要设定平均混合分数以及混合分数变化
（如
果
你是用两个混合分数就还包括二级平均混合分数和二级混合分数变化）
。具体
情况如第三步定义边界条件所述。
定义预混和燃烧边界条件
如果使用与混合燃烧模型，
你就需要设定发展变量。
请见发展变量的边界条件设
定。
定义离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相，
你就可以在速度入口设定粒子轨道详情请参阅
离
散向模型的边界设定。
定义多相边界条件
对于多相流如果使用
VOF
，
cavitation
或者代数滑移混合模型，你就需要指定所
有二级相的体积分数。详情请参阅
VOF
模型、
cavitation
模型或者代数滑移混合
模型的边
界设定。
速度入口边界条件的默认设定
速度入
口边界条件的默认设定（国际单位）
：
Temperature
300
Velocity
Magnitude
0
X-Component of Flow Direction
1
Y-Component of Flow Direction
0
Z-Component of Flow Direction
0
X-Velocity
0
Y-Velocity
0
Z-Velocity
0
Turb. Kinetic Energy
1
Turb. Dissipation Rate
1
Outflow Gauge
Pressure
0
速度入口边界的计算程序
FLUEN
T
使用速度入口的边界条件输入计算流入流场的质量流以及入口的动量、
能量和组分流量。
本节介绍了通过速度入口边界条件流入流场的算例，
以及通过
速度入口边界条件流出流场的算例。
流动入口的速度入口条件处理
使用速度入口边界条件定义流入物理区域的模型，
FLUENT
既使用速度分量也使
用标量。
这些标量定义
为边界条件来计算入口质量流速，
动量流量以及能量和化
学组分
的流量。
邻近速度入口边界流体单元的质量流速由下式计算：
注意只有垂直于控制体表面的流动
分量才对流入质量流速有贡献。
流动出口的速度入口条件处理
有时速度入口边界条件用于流出物理区域的流动。
比如通过某一流域
出口的流速
已知，或者被强加在模型上，就需要用这一方法。
注意：这种方法在使用之前必须保证流域内的全部连续性。
<
/p>
在分离解算器中，
当流动通过速度入口边界条件流出流场时，
FLUENT
在边界条
件中使用速度垂直于
出口区域的速度分量。
它不使用任何你所输入的其它的边界
条件
。除了垂直速度分量之外的所有流动条件，都被假定为逆流的单元。
< br>在耦合解算器中，
如果流动流出边界处的任何表面的区域，
那一表面就会被看成
压力出口，这一压力为
Outflow
Gauge Pressure field
中所规定的压力。
密度计算
入口平面的密度既可以是常数也可以是温度、压力和
/
或组分质量百分数（你在
入口条件中输入的）的函数。
< br>
质量入口边界条件
该边界条件用于规定入口的质量流量。为了实现规定的质量流
量中需要的速度，
就要调节当地入口总压。
这和压力入口边界条
件是不同的，
在压力入口边界条件
中，规定的是流入驻点的属性
，质量流量的变化依赖于内部解。
当匹配规定的质量和能量流速而不是匹配流入的总压时，
通常就会使用质量入口
边界条件。比如：一个小的冷却喷流流入主流场并和主流场混合，此时，主流的
< br>流速主要的由（不同的）压力入口
/
出口边界条件对控制
。
调节入口总压可能会导致节的收
敛，
所以如果压力入口边界条件和质量入口条件
都可以接受，你
应该选择压力入口边界条件。
在不可压流中不必使用质量入口
边界条件，
因为密度是常数，
速度入口边界条件
就已经确定了质量流。关于流动边界条件的概述请参阅流动入口和出口一节。
质量入口边界条件的输入
概述
质量入口边界条件需要输入：
l
质量流速和质量流量
l
总温（驻点温度）
l
静压
l
流动方向
l
湍流参数（对于湍流计算）
l
辐射参数
(
对于
P-1
模型、
< br>DTRM
或者
DO
模型的计算<
/p>
)
l
化学组分质量百分数（对于组分计
算）
。
l
混合分数和变化（对于
PDE
燃烧计算）
。
l
发展变量（对于预混和燃烧计算）
。
l
离散相边界条件（对于离散相计算）
上面的所有值都由质量入口面板输入，
它是从边界条件打开的
（
见设定边界条件
一节）
。
Figure 1:
质量流动入口面板
定义质量流速度和流量
你可以输入通过质量入口的质量流速，
然后
FLUENT
将这个值转换为质量流量，
或者直接指定质量流量。
如果你设定规定的质量流速，
它将在内部转换为区域上
的规定的统一质量流量，
这一区域由流
速划分。
你也可以使用边界轮廓或者自定
义函数来定义质量流量
（不是质量流速）
。
质量流速或者流量的输入如下：
1.
选择质量流速的方法：质量流速或者质量流量
2.
如果是质量流速（默认）
，在质量流速框中输入规定的质量流速。
注意
：
对于轴对称问题，
这一质量流速是通过完整区域
(2p-radian)
而不是
1-radian<
/p>
部分的流速。
如果选择质量流量。请在
Mass
Flux
框中输入质量流量。
注意：
对于轴对称问题，
这一质量流量是通过完整区域
(2p-radian)
而不是
1-radian
部分的流量。
定义总温
在质量流入口面板中的流入
流体的总温框中输入总温（驻点温度）值。
定义静压
如果入口流动是超声速的，
或者你打算用压力入口边界条件来对解进行初始化，
那么你必须指定静压
(termed the Supersonic/Initial Gauge
Pressure)
。
只要流动是压
声速的，
FLUENT
会忽略
Supe
rsonic/Initial Gauge Pressure
，
它是由
指定的驻点值来计算的。如果你打算使用压力入口边界条件来初始化解域，<
/p>
Supersonic/Initial Gauge Pressure
是与计算初始值的指定驻点压力相联系的，
计算
初始值
的方法有各向同性关系式
（对于可压流）
或者贝努力方程
（对于不可压流）
。
因此，对于压声速入口，
它是在关于入口马赫数（可压流）或者入口速度（不可
压流）合理的估计之上设定的。<
/p>
需要记住的是这个静压和你在操作条件面板中的操作压力是相关
的。
请参阅有关
于压力输入和静压头相关输入的解释。
定义流动方向
你可以在压力入口明确的定义流动的方向，
< br>或者定义流动垂直于边界。
对于使用
分离解算器计算移动
区域问题，流动方向将是绝对速度或者相对于网格相对速
度，
这
取决于解算器面板中的绝对速度公式是否被激活。
对于耦合解算器，
流动
方向通常是绝对坐标系中的。
定义流动方向的步骤如下，总结请参考概述中的
Figure
1
。
1.
在方向指定下拉菜单中选择指定流动方向的方法，
或者是方向矢量或
者
是垂直于边界。
2.
如果你在第一步中选择垂直于边界，并且是在模拟轴对称涡流
，请输入
流动适当的切向速度，
如果你选择垂直于边界并且你的
流动是二维或者三维轴对
称涡流，那就不需要流动方向上的其它的附加输入了。
3.
如果第
一步中你选择指定方向矢量，并且你的几何外形是
3
维的，你就
需要选择定义矢量分量的坐标系统。在坐标系下拉菜单中选择笛卡尔
(X, Y
, Z)
坐
标，柱坐标
（半径，切线和轴）
，或者局部柱坐标。
l
如果是
二维非轴对称问题或者三维问题，
你需要定义流动
X,
Y
,
和
(
在
三
维问题中
)
Z
三个分量的大小。
l
如果是二维轴对称问题
,
，
请输入流动方向的径向、
轴向和切向的三个分
量值。
定义湍流参数
对于湍流计算，
有几种定义湍流参数的方法。
至于选取哪种
方法以及相关的输入
值请参阅确定湍流参数一节。湍流模型的相关内容请参阅湍流模型一
章。
定义辐射参数
如果你打算使用
P-1
辐射模型、
DTRM
或者
DO
模型，
你就需要设定内部发散率
以及（可选）黑体温度。详情请参阅设定边界条件一
节
(Rosseland
不需要任何边
界条件的输入
)
。
定义组分质量百分比
如果你是用有限速度模型来模拟组分输运，
< br>你就需要设定组分质量百分比。
详情
请参阅组分边界条件
的定义。
定义
PDF/
混合分数参数
如果你用
PDF
模型模拟燃烧，
你就需要设定平均混合分数以及混合分数变化
（如
果
你是用两个混合分数就还包括二级平均混合分数和二级混合分数变化）
。具体
情况如第三步定义边界条件所述。
定义预混和燃烧边界条件
如果使用与混合燃烧模型，
你就需要设定发展变量。
请见发展变量的边界条件设
定。
定义离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相，
你就可以在速度入口设定粒子轨道详情请参阅
离
散向模型的边界设定。
质量流入口边界的默认设定
质量入口边界条件的默认设定（国际标准单位）为：
Mass Flow-Rate
1
Total
Temperature
300
Supersonic/Initial Gauge Pressure
0
X-Component of Flow Direction
1
Y-Component of Flow Direction
0
Z-Component of Flow Direction
0
Turb. Kinetic Energy
1
Turb. Dissipation Rate
1
质量流入口边界的计算程序
对入口区域使用质量入口边界条件，
该区域的每一个表面的速度被计算
出来，
并
且这一速度用于计算流入区域的相关解变量的流量。<
/p>
对于每一步迭代，
调节计算
速度以便于保
证正确的质量流的数值。
你需要使
用质量流速、流动方向、静压以及总温来计算这个速度。
有两
种指定质量流速的方法。
第一种方法是指定入口的总质量流速
m
(dot)
。
第二
种方法是指定质量流
量
r
v
(
每个单位面积的质量流速
)
。如果指定总质量流速，
FLUENT
会在内部通过将总流量除以垂直于流向区域的总入口面积得到
统一质
量流量：
如果使用直接质量流量指定选项，
可
以使用轮廓文件或者自定义函数来指定边界
处的各种质量流量。
一旦在给定表面的
r v
值确定了，<
/p>
就必须确定表面的密度值
r
，
以找到垂直速度
v
。
密度
获取的方法依赖于所模拟的是不是理想气体。下面检查了各种情况：
理想气体的质量流边界的流动计算
如果是理想气体，要用下式计算密度：
如果入口是超音速，
所使用的静压是设为边界条件静压值。
如果是亚音速静压是
< br>从入口表面单元内部推导出来的。
入口的静温是从总焓
推出的，总焓是从边界条件所设的总温推出的。
入口的密度是从理想气体定律，使用静压和静温推导出来的。
不可压流动的质量流边界的流动计算
如果是模拟非理想气体或者液体，
静温和总温相同。
入口处的密度很容易从温度
函数和
（可选）
组分质量百分比计算出来的。
速度用质量入口边界的计算程序中
的方程计算出。
质量流边界的流量计算
要计算所有变
量在入口处的流量，
流速
v
和方程中变
量的入口值一起使用。
例如，
质量流量为
r v
，湍流动能的流量为
r k v
。这些流量用于边界条件来计算解过程
的守恒方程。
进气口边界条件
进气口边界条件用于模拟具有指定损失系数、
流动方向以及环境
（入口）
压力和
温度的进气口。
进气口边界的输入
进气口边界需要输入：
l
总压即驻点压力
l
总温即驻点温度。
l
流动方向
l
静压
l
湍流参数（对于湍流计算）
l
辐射参
数
(
对于
P-1
模型、
DTRM
或者
DO
模型的计算
)
l
化学组
分质量百分数（对于组分计算）
。
l
混合分数和变化（对于
PDE
燃烧计算）
。
l
发展变量（对于预混和燃烧计算）
。
l
离散相边界条件（对于离散相计算）
l
二级相
的体积分数
(
对于多相流计算
)
l
损失系数
上面的所有值都由进气口面
板输入，
它是从边界条件打开的
（见设定边界条件一
节）
。
上面的前十一项的设定和压力入口边界的设定一样。
下面介绍一下损失系数的
设
定：
Figure 1:
进气口面板
指定损失系数
FLUENT
中的进气口模型，
进气口假定为无限薄，
通过进
气口的压降假定和流体
的动压成比例，
并以经验公式确定你所应
用的损失系数。
也就是说压降
D p
和
通
过进气口速度的垂直分量的关系为：
其中<
/p>
r
是流体密度，
k_L
< br>为无量纲的损失系数。
注意：
D
p
是流向压降，因此即使是在回流中，进气口都会出现阻力。
你可以定义通过进气口的损失系数为常量、
多项式、
分段线性函数或者垂向速度
的分段多项式函数。
定
义这些函数的面板和定义温度相关属性的面板相同，
详情
请参阅
使用温度相关函数定义属性一节。
进气扇边界条件
< br>进气扇边界条件用于定义具有特定压力跳跃、
流动方向以及环境
< br>（进气口）
压力
和温度的外部进气扇流动。
进气扇边界的输入
进气扇边界需要输入：
l
总压即驻点压力
l
总温即驻点温度。
l
流动方向
l
静压
l
湍流参数（对于湍流计算）
l
辐射参
数
(
对于
P-1
模型、
DTRM
或者
DO
模型的计算
)
l
化学组
分质量百分数（对于组分计算）
。
l
混合分数和变化（对于
PDE
燃烧计算）
。
l
发展变量（对于预混和燃烧计算）
。
l
离散相边界条件（对于离散相计算）
l
二级相
的体积分数
(
对于多相流计算
)
l
压力跳跃
上面的所有值都由进气扇面
板输入，
它是从边界条件打开的
（见设定边界条件一
节）
。
上面的前十一项
的设定和压力入口边界的设定一样。
下面介绍一下压力跳跃的设
定：
Figure 1:
进气扇面板
指定压力跳跃
所有的进气扇都被假定为无限薄，
通过它的非连续压升被指定为通过进气扇速度
的函数。在倒流的算例中，进气扇被看成类似于具有统一的损失系数的出气口。
你可以定义通过进气扇的压力跳跃为常量、
多项式
、
分段线性函数或者垂向速度
的分段多项式函数。
定义这些函数的面板和定义温度相关属性的面板相同，
详情
< br>请参阅使用温度相关函数定义属性一节。
压力出口边界条件
压力出口边界条件需要在出口边界处指定静（
gauge
）压。静压值的指定只用于
压声速流动。
如果当地流动变为超
声速，
就不再使用指定压力了，
此时压力要从
< br>内部流动中推断。所有其它的流动属性都从内部推出。
在解算过程中，
如果压力出口边界处的流动是反向的，
回流条件也需要指定。
如
果对于回流问题你指定
了比较符合实际的值，收敛性困难就会被减到最小。
FLUE
NT
还提供了使用辐射平衡出口边界条件，详情请参阅定义静压一节。
< br>
关于流动边界的概述请参阅流动入口和出口一节。
压力出口边界的输入
概述
压力出口边界条件需要输入：
l
静压
l
回流条件
l
总温即驻点温度（用于能量计算）
。
l
湍流参数（对于湍流计算）
l
化学组分质量百分数（对于组分计
算）
。
l
混合分数和变化（对于
PDE
燃烧计算）
。
l
发展变量（对于预混和燃烧计算）
。
l
二级相
的体积分数
(
对于多相流计算
)
l
辐射参数
(
对于
P
-1
模型、
DTRM
或者
DO
模型的计算
)
l
离散相边界条件（对于离散相计算）
上面的所有值都由压力出口面板输入，
它是从边界条件打开的
（
见设定边界条件
一节）
。
Figure 1:
压力出口面板
定义静压
要在压力出口边界设定静压
，请在压力出口面板设定适当的
Gauge
压力值。这
一值只用于压声速。如果出现当地超声速情况，压力要从上游条件推导出来。
需要记住的是这个静压和你在操作条件面板中的操作压力是相关的。
请参阅有关
于压力输入和静压头相关输入的解释。
FLUENT
还提供了使用平衡出口边界条件的选项。
要使这个选项激活，
打开辐射
平衡压力分布。<
/p>
当这一功能被激活时，
指定的
gauge
压力只用于边界处的最小最
小半径位置（相对于旋转轴）
。其余边界的静压是从辐射速度可忽略不计的假定
中计算出来的，压力
梯度由下是给出：
其中
r
是从旋转轴的距离，
v_q
是切向速度。即使旋转速度为零也可以使用这一
边界条件
。例如，它可以用于计算通过具有导流叶片的环面流动。
注意：辐射平衡出口条件，只用于三维或者轴对称涡流计算。
定义回流条件
与你所使用的模型一致的回流属性会出现在压力出口面板中。
指定的值只用于通
过出口进入的流动。
l
在包含能量的计算中要设定回流总温。
l
对于湍
流计算，有几种定义湍流参数的方法。至于采用哪种方法，需要
输入哪些值，
请参阅决定湍流参数一节。
湍流模型的相关介绍请参阅湍流模型一
节。
l
如果你是用有限速度模型来模拟组分输运，
< br>你需要在组分质量分数框中
设定回流组分质量分数。详情请参阅组分边界条件的设
定。
l
如果你是使用
PDF
或者混合分数模型来模
拟燃烧，你需要设定回流混
合分数以及变化值，详情请参阅定义边界条件一节的第三步。
l
如果使用预混合燃烧模型，你需要设定回流发展变量。详情请参阅发展
变量边界条件的设定。
l
如果你在模拟多相流动，
你需要在体
积分数框中设定二级相的回流体积
分数。详情请参阅
VOF
模型、
Cavitation
模型以及
ASM
模型边界条件的设定。
l
如果产
生回流，
你所指定的
Gauge
压力将
作为总压使用，
所以你不必明
确的指定回流压力值。这一算例中
，流动方向垂直于边界。
如果邻近
压力出口的单元区域是移动的
（也就是说，
如果你使用旋转参考
坐标系、
多重参考坐标系、
混合平面或者滑移网格）
而且你是用分离解算器，
那么速度对
总压的动态贡
献（参阅定义总压和总温一节中的方程
1
）将是绝对或者相对于
单
元区域的运动，
这取决于解面板中的绝对速度公式是否被激活
。
对于耦合解算器，
定义总压和总温一节中方程
1
的速度
（或者定义总压和总温一节中的方程
3
的马
赫数）通常是在绝对坐标系中。
即使在收敛解中没有回流，
你也应该设定比较
现实的值来最小化收敛的困难，
这
是因为回流在计算过程中确实
出现了。
定义辐射参数
如果你打算使用
P-1
辐射模型、
DTRM
或者
DO
模型，
你就需要设定内部发散率
以及（可选）黑体温度。详情请参阅设定边界条件一
节
(Rosseland
不需要任何边
界条件的输入
)
。
定义离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相，
你就
可以在速度入口设定粒子轨道详情请参阅离
散向模型的边界设定。
压力出口边界的默认设定
Default settings (in SI) for pressure
outlet boundary conditions are as follows:
Gauge Pressure
0
Backflow Total
Temperature
300
Backflow Turb. Kinetic
Energy
1
Backflow Turb. Dissipation
Rate 1
压力出口边界的计算程序
在压力出口，
FLUENT
使用出口平面
p_s
处的流体静压作为边界条件的压力，
其
它所有的条件从区域内部推导出来。
压力远场边界条件
FLUENT
中使用的压力远场条件用于模拟无穷远处的自由流条件，
其中自由流
马
赫数和静态条件被指定了。
压力远场边界条件通常被称为典型
边界条件，
这是因
为它使用典型的信息（黎曼不变量）来确定边
界处的流动变量。
这一边界条件只
应用于当密度是用理想气体定律计算出来的情况。
不可以适用于
其它情况要有效地近似无限远处的条件，
你必须建这个远场放到所关心的计算物
体的足够远处。例如，在机翼升力计算中远场边界一般都要设到
20
倍弦长的圆
周之外。
关于流动边界的概述，请参阅流动入口和出口一节。
压力远场边界的输入
概述
压力远场边界条件需要输入：
l
静压
l
马赫数
l
温度
l
流动方向
l
湍流参数（对于湍流计算）
l
辐射参数
(
对于
P-1
模型、
< br>DTRM
或者
DO
模型的计算<
/p>
)
l
化学组分质量百分数（对于组分计
算）
。
l
离散相边界条件（对于离散相计算）
上面的所有值都由压力远场面板输入（
Figure 1
）
，它是从边界条件打开的（见设
定边界条件
一节）
。
Figure 1:
压力远场面板
定义静压、马赫数和静温。
要设定远场边界的静压和静温，请在压力远场面板中输入适当的
Gau
ge
压力值
和温度值以及马赫数。马赫数可以是亚音速，音速或
者超音速。
定义流动方向
通过设定方向矢量的分
量，
你可以定义压力远场的流动方向。
如果是二维非轴对
称问题或者三维问题请在压力远场面板中输入刘道方向上适当的
X,
Y
和
(
三维问
题
)Z
分量。如果是二维轴对称问题请输入适当的径向、轴向以
及（如果模拟轴
对称涡流）切向流动分量。
定义湍流参数
对于湍流计算，
有几种方法来定义湍
流参数。
至于哪种方法合适该输入哪些相应
数值请参阅决定湍流
参数一节。湍流模型是在
湍流模型
一章中介绍
定义辐射参数
如果你打算使用
P-1
辐射模型、
DTRM
或者
DO
模型，
你就需要设定内部发散率
以及（可选）黑体温度。详情请参阅设定边界条件一
节
(Rosseland
不需要任何边
界条件的输入
)
。
定义组分输运参数
如果你用有限速度模型来模拟组分输运，
你需要在组分质量分数框中设定组分质
量分数，详情请参阅组分的边界条件定义。
定义离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相，
你就
可以在压力入口设定粒子轨道详情请参阅离
散向模型的边界设定。
压力远场边界条件的默认设定
Default settings (in SI) for pressure
far-field boundary conditions are as follows:
Gauge Pressure
0
Mach Number
0.6
Temperature
300
X-Component of Flow Direction
1
Y-Component of Flow Direction
0
Z-Component of Flow Direction
0
Turb. Kinetic Energy
1
Turb. Dissipation Rate
1
压力远场边界的计算程序
对于垂直于
边界的一维流动在引入黎曼不变量
（特征变量）
的基础上，
压力远场
边界条件是非反射边界条件。
对于
压声速流动，
有两个黎曼不变量，
它符合入射
< br>波和反射波：
其中
V_
n
垂直于边界的速度量，
c
是当地声速
，
c
为气体比热比。
下标
?
是指应用
于无穷远处的条件，下标
i
是用于内部区域的条件（即邻近于边界表面的单元）
。
将这两个变量相加减有如下两式：
其中<
/p>
V_n
和
c
变成
边界处应用的垂直速度分量值以及声速值。在通过流动出口
的表面，
切向分速度和焓有内部区域推导出来，
在流入表面这些被指定为自由流
的值。使用
V_n,
c,
切向速度分量以及熵可以计算出边界表面的密度、速度、温
度以及压力值。
质量出口边界条件
当流动出口的速度和压力在解决流动问题之前是未知时，
FLUENT
会使用质量出
口边界条件来模
拟流动。
你不需要定义流动出口边界的任何条件
（除非你模拟辐
射热传导、粒子的离散相或者分离质量流）
：
< br>FLUENT
会从内部推导所需要的信
息。然而，重要的
是要知道这一边界类型的限制。
注意：下面的几种情况不能使用质量出口边界条件：
l
如果包含压力出口，请使用压力出口边界条件
l
如果模拟可压流
l
如果模拟变密度的非定常流，即使流动是不可压的也不行。
关于流动边界的概述，请参阅流动入口和出口一节。
质量出口边界的
FLUENT
处理
FLUEN
T
在质量出口边界使用的边界条件为：
l
所有的流动变量具有零扩散流量
l
全部的质量平衡修正
流出单元应用零扩散流量意味着流出边界的平面是由区域内部推导出来，
而对
上
游流动没有影响。
当流出边界面积不变时，
< br>在假定与完全发展的流动相容的基础
上，
FLUENT<
/p>
使用相应的推导程序，更新流出速度和压力。
FLUENT
在流出边界所应用的零
扩散流量条件在物理上接近于完全发展流动。
所
谓的完全发展流
动是指在流动方向上流动速度轮廓（和
/
或其它诸如温度属性的
轮廓）不改变。注意，在质量出口边界条件中垂直于流向可能会由速度梯度。只
有在垂直于出口平面的扩散流量被假定为零。
使用质量出口边界
正如前面所述，
质量出口边界条件要保证流动是完全发展的，
< br>出口方向上的所有
流动变量的扩散流量为零。
但是，
你也可以在流动没有完全发展的物理边界定义
质量出口边界条件，<
/p>
在这种情况下你首先要有把握保证出口处的零扩散流量对流
动解没
有很大的影响。下面是使用质量出口边界的一个例子：
l
质量出
口边界的法向梯度可以忽略不计：下图是一个简单的二维问题，
有几个可能的质量出口边
界。位置
(D)
表明流动边界在通风口的出口。在这里，
假定对流占支配优势，边界条件非常符合，质量出口的位置也很得当。位置
(C)
是在通风口出口的上游，
在这里流动是完全发展的。
因此质量出口边界条件在这
里也很合适。
Figure
1:
质量出口边界位置的选择
l
质量出口边界的错误位置：位置
(B)
表明质量出口边界在后向表面步
中，
接近流动的再附着点。<
/p>
这样的选择是错误的，
因为在回流点处垂直于出口表
面的梯度相当的大，
它会对流场上游有很大的影响。
因为质量出口边界条件忽略
这些流动的轴向梯度，所以位置
(B
)
是一个较差的质量出口边界。出口位置应该
移到再附着点的下
游。
l
位置
(A)
是第二个质量出口边界的错误位
置。在这里流动又通过质量出
口边界回流到
FLUENT
计算域中。像这种情况，
FLUENT
计算就
不会收敛，计
算的结果根本就没有用。
这是因为当流动通过质量
出口又回流到计算区域时，
通
过计算区域的质量流速是浮动的或
者是未定义的。
除此之外，
当通过质量出口流
< br>入计算区域时，
流动的标量属性是未定义的
(FLUENT
在流域内使用邻近于质量
出口流体
的温度来选择温度
)
。因此你应该以怀疑的观点来察看包括通过
质量出
口进入流域的所有计算。对于这样的计算，推荐使用压力出口边界条件。
注意：
如果在计算中的任何点有回流流过质量
出口边界，
甚至解的最后结果不排
除到区域内有任何的回流，<
/p>
收敛性都会受到影响。
这一情况在湍流中尤其要注意。
质量流分离边界条件
在
FLUENT
中，可能会使用多重质量出口边界并指定流过边界的每一部分流动
速度。在质量出口
面板，设定流速权重以表明是哪一部分质量出口通过边界。
Figure 1: The
Outflow Panel
流速权重是一个权因子：
流速权重在所有的质量出口默认为
1
。
如果所有的流动出口边界是等分的
或者只
有一个质量出口边界，
你就不必改变权重因子。
FLUENT
会依比例决定通过所有
质量出口边
界的流动速度以获取相等的分数。
因此，
如果你有两个出口边界
，
并
且希望通过每一个边界的流动为总流动的一半，你就不需要
输入其它的东西了。
然而如果你希望其中一个边界流出的为
75
%
，另一个为
25%
，那么就必须明确
的指定两个流速权重，也就是其中一个边界为
0.75
，另一个为
0.25
。
注意如果你指定一个出口的流速权重为
0.75
，另一个不指定也就是默认为
1
，那
么流过每一个边界的分别为：
Boundary 1
= 0
.75/
（
0.75+1.0
）
=
0.429
或者
42.9%
Boundary 2
= 1
.0/
（
0.75+1.0
）
=
0.571
或者
57.1%
质量出口边界的输入
质量出口边界的辐射输入
一般说来，
对于质量出口边界你不需要设定任何边界条件。
然而，
如果你打算使
用
P-1
辐射模型、
DTRM
或者
DO
模型，
你就需要在出口面板设定内部发散率以
及
（可选）黑体温度。详情请参阅设定辐射边界条件一节。内部发散率的默认设
定为
1
，黑体温度的默认值为
300
。
定义离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相，
你就可以在压力入口设定粒子轨道详情请参阅
离
散相模型的边界设定。
通风口边界条件
< br>通风口边界条件用于模拟具有指定损失系数以及周围
（流出）
环境压力和温度的
通风口。
通风口边界的输入
通风口边界需要输入：
l
静压
l
回流条件
l
总温即驻点温度（用于能量计算）
。
l
湍流参数（对于湍流计算）
l
化学组分质量百分数（对于组分计
算）
。
l
混合分数和变化（对于
PDE
燃烧计算）
。
l
发展变量（对于预混和燃烧计算）
。
l
二级相
的体积分数
(
对于多相流计算
)
l
辐射参数
(
对于
P
-1
模型、
DTRM
或者
DO
模型的计算
)
l
离散相边界条件（对于离散相计算）
l
损失系数
上面的所有值都由通风口面板输入（
Figure 1
）
，它是从边界条件打开的（见设定
边界条件一
节）
。
前
四项的指定方法和压力出口边界的方法相同。
详情请参阅压力出口边界的输入
一节。损失系数的指定在指定损失系数一节中描述。
Figure 1:
通风口面板
指定损失系数
通风口被假定为无限薄
，而且通过通风口的压降被假定与流体的动压头成比例，
同时也要使用决定损失系数的经
验公式。压降
D p
和垂直于通风口的速度分量
v
之间的关系式如下：
其中
r
是流
体密度，
k_L
无量纲损失系数。
注意：
D
p
是流向压降，因此即使是在回流中，通风口都会出现阻力。
你可以定义通过通风口的损失系数为常量、
多项式、
分段线性函数或者垂向速度
的分段多项式函数。
定
义这些函数的面板和定义温度相关属性的面板相同，
详情
请参阅
使用温度相关函数定义属性一节。
排气扇边界条件
< br>排气扇边界条件用于模拟具有指定压力跳跃和周围
（流出）
环境压力的外部排气
扇
排气扇边界条件的输入
排气扇边界条件需要输入：
l
静压
l
回流条件
l
总温即驻点温度（用于能量计算）
。
l
湍流参数（对于湍流计算）
l
化学组分质量百分数（对于组分计
算）
。
l
混合分数和变化（对于
PDE
燃烧计算）
。
l
发展变量（对于预混和燃烧计算）
。
l
二级相
的体积分数
(
对于多相流计算
)
l
辐射参数
(
对于
P
-1
模型、
DTRM
或者
DO
模型的计算
)
l
离散相边界条件（对于离散相计算）
l
压力跳跃
上面的所有值都由排气扇面板输入（
Figure 1
）
，它是从边界条件打开的（见设定
边界条件一
节）
。
前
四项的指定方法和压力出口边界的方法相同。
详情请参阅压力出口边界的输入
一节。压力跳跃的指定在指定压力跳跃一节中描述。
Figure 1: The
Exhaust Fan Panel
指定压力跳跃
FLUENT
中模拟了排气扇，
排气扇被假定为无限薄，
并且
通过排气扇具有不连续
的压力升高，
它是垂直于排气扇的当地流
体速度的函数。
你可以定义通过排气扇
的压力跳跃为常量、
多项式、
分段线性函数或者分段多项式函数。
定义这些函数
的面板和定义温度相关属性的面板相同，
详情请
参阅使用温度相关函数定义属性
一节。
模拟排气扇必须小心谨慎，
要保证通
过排气扇向前的流动压力有所升高。
在回流
算例中，排气扇被看
成具有同一损失系数的进气口。
壁面边界条件
壁面边界条件用于限制流体和固体区域。
在粘性流动中，
壁
面处默认为非滑移边
界条件，但是你也可以根据壁面边界区域的平动或者转动来指定切向
速度分量，
或者通过指定剪切来模拟滑移壁面
(
你也可以在
FLUENT
中用对称边界类型来模
拟滑移壁面，
但是使用对称边界就需要在所有的方程中应用对称条件。
详情请参
阅对称边界条件一节
)
。
在当地流场的详细资料基础上可以计算出
流体和壁面之间的剪应力和热传导。
壁面边界的输入
概述
壁面边界条件需要输入下列信息：
l
热边界条件（对于热传导计算）
l
速度边界条件（对于移动或旋转壁面）
l
剪切（对于滑移壁面，此项可选可不选）
l
壁面粗糙程度（对于湍流，此项可选可不选）
l
组分边界条件（对于组分计算）
l
化学反应边界条件（对于壁面反应）
l
辐射边
界条件
(
对于
P-1
< br>模型、
DTRM
或者
DO
模型的计算
)
l
离散相边界条件（对于离散相计算）
在壁面处定义热边界条件
如果你在解
能量方程，你就需要在壁面边界处定义热边界条件。在
FLUENT
中
有五种类型的热边界条件：
l
固定热流量
l
固定温度
l
对流热传导
l
外部辐射热传导
l
外部辐射热传导和对流热传导的结合
如果壁面区域是双边壁面
（在两个区域之间形成界面的壁面，
如
共轭热传导问题
中的流
/
固界面）就可
以得到这些热条件的子集，但是你也可以选择壁面的两边
是否耦合。详情请参阅在壁面处
定义热边界条件。
下面各节介绍了每一类型的热条件的输入。
如果壁面具有非零厚度，
你还应该设
定
壁面处薄壁面热阻和热生成的相关参数，详情请参阅在壁面处定义热边界条
件。
热边界条件由壁面面板输入（
Figure 1
）
，它是从边界条件打开的（见设定边界条
件一节）<
/p>
。
Figure 1:
壁面面板
对于固定热流量条件，
在热条件选项中选择热流量。
< br>然后你就可以在热流量框中
设定壁面处热流量的适当数值。
设定零热流量条件就定义了绝热壁，
这是壁面的
默认条件。<
/p>
选择固定温度条件，
在壁面面板中的热
条件选项中选择温度选项。
你需要指定壁
面表面的温度。壁面的
热传导可以用温度边界条件一节中的方程
1
或
< br>3
来计算。
对于对流热传导壁
面，在热条件中选择对流。输入热传导系数以及自有流温度，
FLUENT
就会用对流热传导边界条件中的方程
1
来计算壁面的
热传导。
如果你所模拟的是从外界而来的辐射热传导，你可以
在壁面面板中激活辐射选
项，然后设定外部发射率以及外部辐射温度。
< br>
如果选择混合选项，
你就可以选择对流和辐射结合的热
条件。
对于这种条件，
你
需要设定热传
导系数、自由流温度、外部发射率以及外部辐射温度。
默认情
况下壁面厚度为零。
然而你可以结合任何的热条件来模拟两个区域之间材
料的薄层。
例如：
你可以模拟两个流体区域之间的薄金
属片的影响，
固体区域上
的薄层或者两个固体区域之间的接触阻
力。
FLUENT
会解一维热传导方程来计算
< br>壁面所提供的热阻以及壁面内部的热生成。
在热传导计
算中要包括这些影响，
你就需要指定材料的类型，
壁面的厚度以
及壁
面的热生成速度。
在材料名字下拉菜单中选择材料类型，<
/p>
然后在壁面厚度框中指
定厚度。壁面的热阻为
D
x/k
，其中
k
是壁面材料的热传导系数，
D
x
< br>是壁面厚
度。你所设定的热边界条件将在薄壁面的外部指定，如图
2
所示，其中
T_b
壁
面处所指定的固定温度。
Figure 2:
热条件被指定在薄壁面的外侧
在热生
成速度框中指定壁面内部热生成速度。这一选项是非常有用的，比方说，
模拟已知电能分
布的印刷电路板。
如果壁面区域的每一边是流体或者固体区域
。
当你具有这类壁面区域的网格读入
到
FLUENT
，
一个阴影区域会自动产生，
以便于壁面的每一边都是清楚的壁面区
域。
在壁面区域面板
中，
阴影区域的名字将在阴影表面区域框中显示出来。
你可
以选择在每一个区域指定不同的热条件或者将两个区域耦合：
l
要耦合
壁面的两个边，在热条件选项中选择耦合选项
(
只有壁面是双边
时这一选项才会出现在壁面面板中
)
。
不需要输入任何附加的热边界信息，因为
解算器会直接从相邻单元的解中计算出热传导。
然而你可以指定材料类型、
壁面
厚度以
及热生成速度来计算壁面热阻，详情请参阅壁面处热边界条件的定义一
节。注意，你所设
定的壁面每一边的阻抗参数会自动分配给它的阴影壁面区域。
指定壁面内的热生成速度是
很有用的，
比如，
模拟已知电能分布但是不知道热流
量或者壁面温度的印刷电路板。
l
要解耦
壁面的两个边，并为每一个边指定不同的热条件，在热条件类型
中选择温度或者热流作为
热条件类型
(
对于双边壁面，不应用对流和热辐射
)
。壁
面和它的阴影之间的关系会被保留，
以便于你在以后可以再次耦合它们。
你需要
设定
所选的热条件的相关参数，
前面对这方面的内容已经叙述过了不再重复。
两
个非耦合壁面具有不同的厚度，
并且相互之间有效地
绝缘。
如果对于非耦合壁面
指定非零厚度的壁面，
你所设定的热边界条件就会在两个薄壁的外边的那个边指
定，如图
3
所示，其中
T_b1
和
T_b2
分别是两个壁面的温度或者热流量。
< br>k_w1
和
k_w2
时耦合薄壁
面的热传导率。注意图
3
中两个壁面之间的缺口并不是模型
的一部分，它只是在图形中用来表明每一个非耦合壁面的热边界条件在哪里应
用。
Figure 3:
热条件在非耦合薄壁的外边指定
对移动壁面定义速度条件
如果你希望在计算中包括壁面的切向运动，
你就需要定义平动或者转动速
度。
壁
面速度条件在壁面面板的运动部分输入，
在这里你可以激活面板底部的移动壁面
选项来显示和编辑，此时壁面面板会扩大
显示为下图：
Figure 1:
移动壁面的壁面面板
如果邻近壁面的
单元区域是移动的，
（比如你使用移动参考系或者滑动网格）你
可以激活相对邻近单元区域选项来选择指定的相对移动区域的移动速度。
如果指
定相对速度，
那么相对速度为零意味着在相对坐标系中壁面是静止的，<
/p>
因此在绝
对坐标系中以相对于邻近单元的速度运行。
如果选择绝对速度
（激活绝对选项）
，
速度为零就意味着避免在绝对坐标系中是静止的，
而且以相对于邻近单元的速
度
以动，但是在相对坐标系中方向相反。
如果你使用一个或多个移动参考系、
滑动网格或者混合平面，
并且你希望壁面固
定在移动参考系上。推荐你指定相对速度（默认）而不是绝对速度。
然后，如果
你修改邻近单元区域的速度，
就像你指定绝对速度一
样，
你就不需要对壁面速度
做任何改变。
注意：如果邻近单元不是移动的那么它和相对选项是等同的。
对于包括线性，壁面边界是平动的问题（如以移动带作为壁面的矩形导管）
，你
可以激活平动选项，并指定壁面速度和方向
(X
,Y
,Z
矢量
)
。作为默认值，通过指
定平动速度为零，壁面移动是未被激活的。
对于包括转动壁面运动的问题，
你可以激活转动选项，<
/p>
并对指定的旋转轴定义旋
转速度。
要定义
轴，
请设定旋转轴方向和和旋转轴原点。
这一轴和邻近单元区域
所使用的旋转轴是无关的，
而且和其它的壁面旋转轴无关。
对于三维问题旋转轴
是通过指定坐标原点的矢量，它平行于在旋转轴
方向框中指定的从
(0,0,0)
到
(
X,Y
,Z)
的矢量。
对于二维问题，
你只需要指定旋转轴起点，
旋转轴是通过指定点
的
z
向矢量。对于二维轴对称问题，你不必定义旋转轴
：通常是绕
x
轴旋转，起
点为
(0,0)
。
需要注意的是，
只有在壁面限制表面的旋转时，
模拟切向旋转运动才是正确的
(
比
如圆环或者圆柱
)
。还要注意只有对静止参考系内的壁面才能指
定旋转运动。
如定义壁面处热边界
条件所讨论的，当你读入具有双边壁面的网格时（它在流
/
固区
域形成界面）
，会自动形成阴影区域来区分壁面区域的每一边。对于双边壁
面，
壁面和阴影区域可能指定不同的运动，
而不管它
们耦合与否。
然而需要注意
的是，你不能指定邻近固体区域的壁
面（或阴影）的运动。
模拟滑移壁面
作为默认，无粘流动的壁面是非滑移条件，但是在
FLUENT
中，你可以指定零
或非零剪切来模拟滑移壁面。
要指定剪切
，
在壁面面板中选择指定剪切应力项
（见
下图）
，
然后你可以在剪切应力项中输入剪切的
x, y,
和
z
分量指定
剪切应力选项
不是用壁面函数。
Figure 1:
滑移壁面的壁面面板
在湍流壁面限制的流动中模拟壁面粗糙度的影响
流过粗糙表面的流体会有各种各样的情况。比如流过机翼表面
、船体、涡轮机、
换热器以及管系统的流动，
还有具有各种粗糙
度的地面上的大气边界层。
壁面粗
糙度影响了壁面处的阻力、热
传导和质量输运。
如果你是在模拟
具有壁面限制的湍流流动，
壁面粗糙度的影响是很大的，
你可以
通过修改壁面定律的粗糙度来考虑避免粗糙度影响。
粗糙管和隧道的实验表明了当用半对数规则画图时，
近粗糙壁面的平均速
度分布
具有相同的坡度
(1/k)
但是
具有不同的截止点
(
在对数定律中附加了常数
< br>B)
。对于
粗糙壁面，平均速度的壁面定律具有的形式为
：
其中
u^*
=
C_m^1/4k^1/2
；
是粗糙度函数，它衡量了由于粗糙影响而导致的截
止点的转移。一般说
来，
依赖于粗糙的类型
(
相同的沙子、铆钉、螺纹、肋、铁
丝网等
)
和尺寸。对于各种类型的粗糙情况没有统一而有效的公式。然而，对于
沙粒粗糙情况和各种类型的统一粗糙单元，人们发现
和无量纲高度
K_s
^+
=
r
K_s
u^*/m
具有很好的相关性，其中
K_s
是物理粗糙高度
u^* = C_m^1/4k^1/2
。
实验数据分析表明粗糙函数
并不是
K_s^+
的单值函数，而是依赖于
K_s^+
的值
有不同的形式。观察表明有三种
不同的类型：
l
液体动力光滑
(K_s^+ < 3
~ 5)
l
过渡区
(3 ~ 5 <
K_s^+ < 70 ~ 90)
l
完全粗糙
(K_s^+ > 70 ~ 90)
根据上述数据，
在光滑区域内粗糙度
的影响可以忽略，
但是在过渡区域就越来越
重要了，在完全粗糙
区域具有完全的影响。
在
FLUENT
中，整个粗糙区域分为三个区域。粗糙函数
的计算源于
Nikuradse's
数据
[27]
基础上的由
Ce
beci
和
Bradshaw
提出的公
式：
对于液体动力光滑区域
(K_s^+ <
2.25)
：
对于过渡区
(2.25 <
K_s^+ < 90)
：
其中
C_K_s
为粗糙常数，依赖于粗糙的类型。
在完全粗糙区域
(K_s^+ >
90)
：
在解算器中，给定粗糙参数之后，粗糙函数
< br>(K_s^+)
用相应的公式计算出来。方
程
1
中的修改之后的壁面定律被用于估计壁面处的剪应力以及其它的对于平均
温度和湍流量的壁面函数。
要模拟壁
面粗糙的影响，
你必须指定两个参数：
粗糙高度
K_s
和粗糙常数
C_K_s
。
默认的粗糙高度为零，
这符合光滑壁面。
对于产生影响的粗糙度，
你必须指定非
零的
K_s
。对于同沙粒粗糙情况，沙粒的高度可以简单的被看作
< br>K_s
。然而，对
于非同一沙粒平均直径
(D_50)
应该是最有意义的粗糙高度。
对于其它类
型的粗糙
情况，需要用同等意义上的沙粒粗糙高度
K_s
。
适当的粗糙常数
(C_K_s)
主要由给定的粗糙情况决定。默认的粗糙常数
(
C_K_s
=
0.5)
是用来满足
在使用
k-e
湍流模型时，它可以在具有同一沙粒粗糙的充满流
体
的管中再现
Nikuradse's
阻力数据。当你模拟和同一沙粒粗糙不同的情况时，你
就需要调解粗糙常数了。例如，有
些实验数据表明，对于非同一沙粒、肋和铁丝
网，粗糙常数
(C
_K_s =
0.5 ~ 1.0)
具有更高的值。不幸的是，对于任意类型的粗
糙情况还没有一个清楚的选择粗糙常数<
/p>
C_K_s
的指导方针。
需要注意的是，要求邻近壁面单元应该小于粗糙高度并不是物理意义上的问题。
对于最好的结果来说，要保证从壁面到质心的距离要比
K_s
大。
定义壁面的组分边界条件
FLUENT
默认所有的组分在壁面处具有零梯度条件
< br>（除了参加表面化学反应的组
分）
，
但是可以指定壁面处的组分质量分数。
也就是如同在入口处指定的
< br>Dirichlet
边界条件，也可以用于壁面。
如果你希望保留默认的零梯度条件，
你就不必输入任何东西了。
如果你希望指定
壁面处的组分质量分数，步骤如下：
1.
在壁面
面板的组分边界条件中，
选择组分名字右边的下拉列表指定的质
量分数（而不是零梯度）
，此时面板会扩展为包含组分质量分数的对话框。
Figure 1:
组分边界条件输入的壁面面板
2.
输入相应的组分质量分数。
每一组分的边界条件类型是分别指定的，
所以对于不同的组分你可以采
用不同的
方法。
注意：
如果在湍流流动中你使用组分的
Dirichle
条
件，
FLUENT
就不会是用壁面
函数
来计算壁面处的组分扩散流量。
定义壁面的反应边界条件
如果你在组分模型面板中激活了表面反应的模拟，
你就可以表明在壁面处
表面反
应是否被激活。
激活或关闭表面反应，
< br>壁面面板就会相应地打开或关闭表面反应
选项。
注意：组分在壁面处是假定为零梯度条件的，它不参加任何表面反应。
定义壁面的辐射边界条件
如果你打算使用
P-1
辐射模型、
DTRM
或者
D
O
模型，你就需要设定壁面的（内
部）发散率以及（可选）黑体
温度。详情请参阅设定边界条件一节
(Rosseland
不<
/p>
需要任何边界条件的输入，
因为
FLUE
NT
假定发射率为
1
，
如果你使用
DO
模型
你也要定
义壁面为漫反射、
镜面反射或者半透明，
详情请参阅设定辐射边
界条件
)
定义壁面的离散相边界条件
如果你是在模拟粒子的离散相，
你就可以在壁面处设定粒子轨道详情请
参阅离散
向模型的边界设定。
壁面边界的默认设定
默认热边界条件为固定的热流为零，壁面默认为不移动。
壁面处的剪应力计算程序
对于非滑移壁面条件，
FLUENT
使用邻近壁面或者流体边界的流动性质来预测壁
面处流体的剪应
力。在层流流动制，这一计算简单地依赖于壁面处的速度梯度，
在湍流流动中则使用壁面
限制湍流流动的近壁面处理方法。
对于指定剪切的壁面，
FLUENT
会在边界处计算切向速度。
如果是无
粘流动，
所有的壁面都使用滑移条件，
所以它们是无摩擦的而且
对邻近
流体单元不施加剪应力。
层流中的剪应力计算
在层流流动中壁面剪应力和法向速度梯度的关系为：
当壁面处的速度梯度很大时，
你必须保证网格足够精细，
这样才能解出边界层的
< br>精确结果。层流流动中近壁面节点放置的指导方针在节点密度和节点束中介绍。
湍流中的剪应力计算
湍流流动的壁面处理，在壁面限制的湍流流动的近壁面处理一
节中叙述。
壁面边界的热传导计算
温度边界条件
当在壁面处应用固定温度条件，从流体单元到壁面的热传导，由下式计算：
其中：
h_f
=
流体边界当地热传导系数
T_w
=
壁面表面温度
T_f
=
当地流体温度
q^
壁面处传来的对流热流量
q^
辐射热流量
注意：流体边界热传导系数是基于当地流场条件计算得来的（比如说湍流层次、
温度
以及速度轮廓）
，请参阅流体边界热传导计算一节的方程
1
，以及标准壁面
函数
9
。
从固体单元到壁面边界的热传导公式为：
其中：
k_s
=
固体的热传导率
T_s
=
当地固体温度
D n
=
壁面表面和固体单元中心的距离。
热流边界条件
当你在壁面处定义热流边界条件时，你需要在壁面表面指定热
流量。
FLUENT
使用温度边界条件中的方程
1
，
然后你就可以输入热流量来确定邻近流体单元的<
/p>
壁面表面温度：
其中，
流体边界热传导系数已经在温
度边界条件中叙述了，
它是基于当地流场条
件计算得到的。当壁
面和固体区域交界时，壁面表面的温度为：
上述两式的变量请参阅温度边界条件一节。
对流热传导边界条件
当你在壁面处指定对流热传导系数作为边界条件时，
FLUENT
使用你所输入的外
部热传导系数以
及外部热沉（
heat
sink
）温度来计算到壁面的热流量：
其中：
h_ext
=
你所定义的外部热传导系数
T_ext
=
你所定义的外部热沉温度
q^
辐射热流量
上述方程假定壁面零厚度。
外部辐射边界条件
当使用外部辐射条件时，流入壁面的热流量为：
其中：
e_ext=
你所定义的外部壁面表面的发射率
s=Stefan-
Boltzmann
常数
T_w
=
壁面的表面温度
< br>T_?=
区域外部的温度的辐射源或者消失（
sink<
/p>
）处
q^
从内部去向壁面辐射的热流量
Equation
1
假定壁面厚度为零。
外部对流和辐射结合的边界条件
当你选择组合的外部热传导方程条件时，到壁面的热流量为：
其中的变量已经在对流热传导边界
条件和外部辐射边界条件中定义了。
Equation
1
假定壁面厚度为零。
流动边界热传导系数的计算
在层流流动中，壁面处流体边界热传导是用应用于壁面的
Fourier
定律计算得到
的，
FLUENT
使用它的离散格式为：
其中<
/p>
n
是垂直于壁面的当地坐标。
对于湍流流动，
FLUENT
对于从热和动量迁
移中类比得到的温度使用壁面定律
[93]
。详细内容请参阅标
准壁面函数。
对称边界条件
对称边界条件用于所计算的物理外形以及所期望的流动
/
热
解具有镜像对称的特
征的情况中。
也可以用它们来模拟粘性流动
的滑移壁面。
本节描述了对称平面内
流动的处理，
并提供了一些使用对称边界的例子。
在对称边界条件中你不需要定
义任何边界条件，但是你必须谨慎地定义对称边界的位置。
在对称外形的中线处，
你应该使用轴边界类型而不是对称边界类型，
如轴边界条
件一节中的的图
1
< br>，详细内容请参阅轴边界条件。
对称边界的计算程序
FLUENT
假定所有量通过对称边界的流量为零。经过对称平面的对流流量
为零，
因此对称边界的法向速度为零。
通过对称平面没有扩散流
量：
因此所有流动变量
的法向梯度在对称平面内为零。因此对称
边界条件可以总结如下：
-
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-
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