周期性边界条件共12页.docx
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周期性边界条件共12页
2.3.4周期性流动与换热
如果我们计算的流动或者热场有周期性重复,或者几何边界条件周期性重复,就形成了周期性流动。
FLUENT可以模拟两类周期性流动问题。
第一,无压降的周期性平板问题(循环边界);第二,有压降的周期性边界导致的完全发展或周期性流向流动问题(周期性边界)。
流向周期性流动模拟的条件:
1,流动是不可压的
2,几何形状必须是周期性平移
3,如果用coupledsolver求解,则只能给定压力阶跃;如果是Segregatedsolver,可以给定质量流率或者压力阶跃。
4,周期性流动中不能考虑进口和出口有质量差,也不考虑过程中的额外源项或者稀疏相源项。
5,只能计算进口出口没有质量流率变化的组分问题。
但不能考虑化学反应。
6,不能计算稀疏相或者多相流动问题。
如果在这过程中计算有换热问题,则还必须满足以下条件:
1,必须用segregatedsolver求解
2,热边界条件必须是给定热流率或者给定壁面温度。
对于一个具体的问题,热边界条件只能选择一个,而不能是多热边界条件问题。
对于给定温度热边界条件,所有壁面的温度必须相同(不能有变化)。
对于给定热流率边界条件,不同壁可以用不同值或曲线来模拟。
3,对于有固体区域的问题,固体区域不能跨越周期性平板。
4,热力学和输运特性(热容,热导系数,粘性系数,密度等)不能是温度的函数(所以不能模拟有化学反应流动问题)。
但输运特性(有效导热系数,有效粘性系数)可以随空间有周期性变化,因此可以对有周期性湍流输运特性不同的流动问题有模拟能力。
2.3.5计算流向周期性流动问题的步骤:
通常,可以先计算周期性流动到收敛,这时候不考虑温度场。
下一步,冻结速度场而计算温度场。
步骤如下:
1,建立周期性边界条件网格
2,输入热力学和分子输运特性参数
3,指定周期性压力梯度或者确定通过周期性边界的质量流量
4,计算周期性流动场。
求解连续,动量(湍流量)方程。
5,指定热边界条件(等温或者给定热流密度)
6,给定进口体平均温度
7,求解能量方程(其它方程不求解,只求解能量方程),得到周期性温度场。
2.3.5.1流向周期性流动理论
周期性速度定义
对于位置矢量
,周期性速度定义为:
2-17
2-18
2-19
其中,
是计算区域内周期性长度矢量。
2.3.5.2周期性流向周期压力
上面方程中压力不是周期性的,而压力降是周期性的。
即:
2-20
如果选择coupledsolver,压降
是常数;但对Segregatedsolver方法求解,计算区域内的压力梯度可以分解为两部分:
梯度的周期性分量,
,梯度的线性变化量,
。
即:
2-21
周期性压力(
)是但压力减去线性变化压力得到的值。
压力的线性变化分量
是导致一个力作用于流体的动量方程。
由于
并不能事先知道,只有通过在给定区域积分求出的流量与给定的的质量流量一致,才能确定。
在压力修正的SIMPLE,SIMPLEC和PISO运算法则中都出现
,根据计算得到的质量流量与实际流量之差得到。
2.3.5.3用Segregaedsolver求解流向周期性流动的用户设置
要计算给定质量流量或压降的空间周期性流动问题,首先要建立计算网格。
网格要求有平移周期性边界条件。
在define-periodicconditions面板上第一如下参数:
1,决定是给定质量流量还是压力梯度。
(Specifymassflow,SpecifypressureGradient)
2,给出质量流量或压力梯度。
如果你选择了给定质量流量,你也可以给出压力梯度(假定值),但不是必须的。
如果给定值合理,可以加速流动场收敛速度。
对计算结果也没有影响。
对于轴对称问题,质量流量是2
弧度的质量流量。
3,通过定义流向的X,Y,Z点来(或者二维时候的X,Y)定义流动方向。
流动方向是从初始点到指定点的方向上,该方向必须和周期性平移边界平行。
4,如果确定了质量流量,FLUENT需要计算出压力梯度
。
可以通过改变RelaxationFactor和NumberofIterations(压力修正方程迭代次数)或者给出估计的
用以控制计算过程,这些都在define-periodictyconditions面板上做。
用Coupledsolver方法求解周期性流动场
网格处理和前面类似,参数设置方面,需要:
1,define-boundarycondition
2,给定周期性压降
2.3.6对周期性流动问题计算过程的监视
如果是给定质量流量问题,可以在计算过程中观察压力降
(StatisticMonitorspanel)
2.3.7给定温度边界条件下的周期性传热计算
要计算周期性流动中的传热问题,必须选用Segregatedsolver方法。
对于给定壁面温度条件,现在我们假设壁面温度是常数,则温度为:
[L119]
2-22
进口体温定义为:
,积分在周期性边界的进口上(A),这里的
在计算区域的L长度上满足周期性变化条件。
2.3.8壁面温度确定周期性传热设置
1,求解能量方程(define-models-Energy)
2,给出壁面温度。
所有固体边界的温度相同,所有边界(除了周期性边界)必须用该温度的壁面封闭。
Define-boundaryconditions
3,定义固体区域和固体温度。
固体区域内不能有热源。
Define-boundaryconditions
4,设定流体物性(密度,热容,粘性系数,导热系数等),但不能随温度变化。
Define-Materials
5,给定周期性进口上游的进口体平均温度(不能和壁面温度相同)define-periodicconditions
有了以上设置后就可以迭代求解了。
最好的方法是先求解流场,等流场收敛后,再冻结流场只求解温度场。
再给定处温度场时,温度值在壁温与进口体平均温度之间。
可以通过监视进出口平均体温度之比
。
Define-statisticmonitors-per/bulk-temp-ratio
关于周期性边界条件,《固体物理学》的能带理论这章有详细介绍,容易明白的,你去图书馆借一下吧。
简单来说,比如材料的二维原子平面的排列具有周期性,即可以看成一个单元四边形平移就能得到这个原子平面;这样,你在分析问题时,就可以只研究这个小单元四边形了,因为它有代表性,重复性,而它的四条边对应的条件就是周期性边界条件了。
这是简化问题的手段,缩小要计算处理的数据量。
作者:
plum888
我来瞅瞅:
)
作者:
liqinggang
你首先要定义区域,域中需要指定流体或者固体的种类;然后再定义边界条件(入口、出口、开放式、壁面或者对称面),当然定义边界条件要满足能量守恒和质量守恒!
作者:
shuangqingx
周期性边界在gambit里先使用wall代替,并且生成网格时记得是要linkmesh的;
在fluent里,使用text-command进行如下操作:
grid...modify-zones... 可以接下来利用list-zones显示所有cell的ID,因为接下来的操作需要对应cell的ID进行;
make-periodic...
提示,creatperiodiczone[],输入周期性边界其中一个边的ID;
提示,shadowzone[],输入周期性边界另一个边的ID;
提示,rotational?
[Ifnot,transitional],输入yes/no,回车/或者直接回车;
OK了。
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2#大中小发表于2011-5-3110:
19 只看该作者
问题:
为什么能量方程的残差曲线震荡很大,不能收敛?
试着把能量方程的松弛因子调到0.9,虽然曲线不再震荡,但算出的结果明显与经验公式结果不符合,一般来说能量方程的松弛因子都是用1比较合理,如果说是受舍入误差影响,那么我尝试把壁面和流体的进口温度温差增大到150K,结果还是震荡,版主帮我看看问题出在哪里?
谢谢啦
2011-5-3110:
19
QQ截图未命名.jpg(9.75KB)
2011-5-3110:
20
QQ截图未命名.jpg(80.74KB)
2011-5-3110:
21
QQ截图未命名.jpg(54.22KB)
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23
QQ截图未命名.jpg(37.19KB)
2011-5-3110:
23
QQ截图未命名.jpg(62.77KB)
2011-5-3110:
24
QQ截图未命名.jpg(67.07KB)
2011-5-3110:
25
请问fluent周期性边界条件和对称边界条件的区别
按照说明,对称边界条件的特点是边界上速度为零,其他物理量梯度为零。
周期性边界条件特点是物理模型和物理量具有周期性重复的特点。
有几个问题没搞清楚
1.有些周期性边界条件是不是也可以设定为对称性边界条件?
对下面图中的情况(只画了端面的小孔,是进口),是采用周期性边界条件还是对称性边界条件呢?
是否可以采用四分之一圆柱的周期性边界条件?
或者采用八分之一圆柱的对称性边界条件?
2.fluent的周期性边界条件传热算例中,流动方向应该有压降的,为什么采用无压降的周期性边界条件呢?
谢谢!
希望以上资料对你有所帮助,附励志名言3条:
1、生命对某些人来说是美丽的,这些人的一生都为某个目标而奋斗。
2、推销产品要针对顾客的心,不要针对顾客的头。
3、不同的信念,决定不同的命运。
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