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一、根本设置1. Double Precision 的选择启动设置如图，这里着重说说Double Precision双精度复选框，对于大多数状况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利1。a. 几何特征包含某些极端的尺度如格外长且窄的管道，单精度求解器可能不能足够准确地表达各尺度方向的节点信息。b. 假设几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大由于用户只能设定一个总体的参考压力位置，此时，双精度求解器可能更能表达压差带来的流淌如渐缩渐扩管的无粘与可压缩流淌模拟。c. 对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或准确度缺乏缺乏的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。1 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD 工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD TecplotM. 北京,人民邮电出版社,2023:114-11612. 网格光顺化用光滑和交换的方式改善网格：通过 Mesh 下的Smooth/Swap 来实现，可用来提高网格质量，一般用于三角形或四边形网格，不过质量提高的效果一般般，影响较小，网格质量的提高主要还是在网格生成软件里面实现，所以这里不再用光滑和交换的方式改善网格，其原理可参考FLUENT 全攻略已下载。3. Pressure-based 与Density-based求解器设置如图。下面说一说Pressure-based 和Density-based的区分：Pressure-Based Solver 是Fluent 的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力修正算法，求解的掌握方程是标量形式的，擅长求解不行压缩流淌，对于可压流淌也可以求解；Fluent 6.3 以前的版本求解器，只有Segregated Solver 和Coupled Solver，其实也是Pressure-Based Solver 的两种处理方法；2Density-Based Solver 是Fluent 6.3 进展出来的，它是基于密度法的求解器，求解的掌握方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent 具有比较好的求解可压缩流淌力量，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太完善；它只有Coupled 的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning 方法来处理，使之也能够计算低速问题。Density-Based Solver 下确定是没有SIMPLEC，PISO 这些选项的，由于这些都是压力修正算法，不会在这种类型的求解器中消灭的；一般还是使用Pressure-Based Solver 解决问题。基于压力的求解器适用于求解不行压缩和中等程度的可压缩流体的流淌问题。而基于密度的求解器最初用于高速可压缩流淌问题的求解。虽然目前两种求解器都适用于各类流淌问题的求解从不行压缩流淌到高度可压缩流淌，但对于高速可压缩流淌而言，使用基于密度的求解器通常能获得比基于压力的求解器更为准确的结果。34. axisymmetric 和axisymmetric swirl从字面的意思很好理解axisymmetric 和axisymmetric swirl 的差异：axisymmetric：是轴对称的意思，也就是关于一个坐标轴对称， 2D 的axisymmetric 问题仍为 2D 问题。而axisymmetric swirl：是轴对称旋转的意思，就是一个区域关于一条坐标轴回转所产生的区 域，这产生的将是一个回转体，是 3D 的问题。在 Fluent 中使用这个， 是将一个 3D 的问题简化为 2D 问题，削减计算量，需要留意的是，在Fluent 中，回转轴必需是x 轴。5. 操作工况参数Operating Conditions 操作压力的介绍4关于参考压力的设定，首先需了解有关压力的一些定义。ANSYS FLUENT 中有以下几个压力，即Static Pressure静压、Dynamic Pressure动压与Total Pressure总压；Absolute Pressure确定压力、Relative Pressure参考压力与 Operating Pressure操作压力。这些压力间的关系为，Total Pressure总压=Static Pressure静压+Dynamic Pressure动压；Absolute Pressure确定压力=Operating Pressure操作压力+Gauge Pressure表压。其中，静压、动压和总压是流体力学中关于压力的概念。静压是测量到的压力，动压是有关速度动能的压力，是流淌速度能量的表达。而确定压力、操作压力和表压是FLUENT 引入的压力参考量，在ANSYS FLUENT 中，全部设定的压力都默认为表压。这是考虑到计算精度的问题。 操作压力的设定设定操作压力时需要留意的事项如下：l 对于不行压缩抱负气体的流淌，操作压力的设定直接影响流体密度的计算，由于对于抱负气体而言，流淌的密度由抱负气体方程获得，抱负气体方程中的压力为操作压力。l 对于低马赫数的可压缩流淌而言，相比确定静压，总压降是很小的，因此其计算精度很简洁受到数值截断误差的影响。需要实行措施来避开此误差的形成，ANSYS FLUENT 通过承受表压5由确定压力减去操作压力的形式来避开截断误差的形成， 操作压力一般等于流场中的平均总压。l 对于高马赫数可压缩流淌的求解而言，由于此时的压力比低马赫可压缩流淌的大得多，所以求解过程中的截断误差的影响不大，可以不设定表压。由于ANSYS FLUENT 中全部需输入的压力都为表压，因此此时可以将操作压力设定为0这样可以最小化由于压力脉动而引起的误差，使表压与确定压力相等。l 假设密度设定为常数或者其值由通过温度变化的函数获得，操作压力并没有在计算密度的过程中被使用。l 默认的操作压力为 101325Pa。操作压力的设定主要基于两点考虑，一是流淌马赫数的大小，二是密度计算方法。表格 1操作压力的推举设置密度关系式马赫数操作压力抱负气体定律大于 0.10 或约等于流场的平均压力抱负气体定律小于 0.1约等于流场的平均压力关于温度的函数 不行压缩不使用常数不行压缩不使用不行压缩的抱负 不行压缩约等于流场的平均压力气体6 关于参考压力位置的设定对于不涉及任何压力边界条件的不行压缩流淌，ANSYS FLUENT 在每次迭代后要调整表压值。这个过程通过使用参考压力位置处或该位置四周节点的压力完成。因此，参考压力位置处的表压应始终为0。假设使用了压力边界条件，则不会使用到上述关系，因此参考压力位置不被使用。参考压力位置默认为等于或接近0，0，0的节点中心位置。实际计算中可能需要设置参考压力位置到确定静压的位置处。在Operating Conditions 对话框中的Reference Pressure Location 选项组中设置的参考压力位置的x，y，z 的坐标即可。假设要考虑某一方向的加速度，如重力，可以勾选Gravity 复选框。对于VOF 计算，应中选择Specified Operating Density，并且在Operating Density 下为最轻相设置密度。这样做排解了水力静压的积存，提高了round-off 精度为动量平衡。同样需要翻开Implicit Body Force，局部平衡压力梯度和动量方程中体积力，提高解的收敛性。Reference Pressure Location参考压强位置应是位于流体永久是 100%的某一相空气的区域，光滑和快速收敛是其根本条件。7二、求解模型的设定1. 流淌模型的设置 无粘模型抱负流体是一种设想的没有粘性的流体，在流淌时各层之间没有相互作用的切应力，即没有内摩擦力。格外明显，抱负流体对于切向变形没有任何抗拒力量。应当强调指出，真正的抱负流体在客观实际中是不存在的，它只是实际流体在某些条件下的一种近似模型。在Inviscid 流淌模型应用方面，无粘流淌无视了粘性对流淌的影响，这对高雷诺数的流淌是适宜的，由于高雷诺数流淌惯性力的作用远大于粘性力的作用，粘性力可以无视，所以可以将其考虑成无粘流8动。无粘流淌的求解更快，其激波在某些值上推测的偏高。无粘流淌能对流淌状态和激波位置进展快速推测。马赫数与激波 马赫数的定义是M = va它表示流体的流淌速度与当地声速之比，是一个无量纲的参量。对应于M < 1， M = 1和M > 1这三种状况的流淌分别称为亚声速流、声速流和超声速流。当马赫数很小时，速度的相对变化只能引起很小的密度相对变化，但当马赫数很大时，则将引起较大的密度相对变化， 这也说明白马赫数是流体压缩性的一个表征。当飞机、炮弹和火箭以超音速飞行时，或者发生强爆炸、强爆震时，气流受到急剧的压缩，压强和密度突然显著增加，这时所产生的压强扰度将比声速大得多的速度传播，波阵面所到之处气流的各种参数都将发生显著变化，参数突跃。这样一个强连续面叫做激波阵面。渐缩渐扩管的流淌是计算流体力学模拟的经典问题之一。在这类流淌中，激波的消灭是流淌中可压缩效应的表达。准确的激波模拟是CFD 争论的热点之一。为了更好捕获压力梯度，需要承受较细的网格并结适宜宜的数值模拟和格式。很多实际模拟中，局部网格的自适应会很有帮助。 层流模型9流淌有层流和湍流之分，推断湍流的标准可以参考2，这里写出内流的推断标准：Re = UDrm> 2300对于内流而言，一般大多数流淌都是湍流，一般不使用湍流模型。而对一些外流而言如外掠平板或是外掠障碍物，则很有可能是层流运动。 湍流模型的评价与选择a. k - e 湍流模型这里我们使用的湍流模型是Standard k - e 模型，这种模型应用较多，计算量适中，有较多数据积存和比较高的精度，对于曲率较大和压力梯度较强等简单流淌模拟效果欠佳。一般工程计算都使用该模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程计算要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷。壁面函数的选择对于有壁面的流淌，当主流为充分进展湍流时，依据离壁面法线距离不同，可将流淌划分为壁面区或称内区、近壁区和核心区或称外区。核心区是完全湍流区，为充分进展的湍流。在壁面区，由于有壁面的影响，流淌与核心区不同。壁面区可分为 3 个子层：粘性底层、过渡层和对数率层。2 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD 工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD TecplotM. 北京,人民邮电出版社,2023:12210粘性底层是一个紧贴壁面的极薄层，在动量、热量和质量的交换过程中粘性力起主要作用，而湍流切应力可以无视，因此流淌几乎可以看成层流流淌，且在平行于壁面方向上的速度呈线性分布。过渡层处于粘性底层之外，在此层中，粘性力和湍流切应力的作用相当，流淌状况较为简单，很难用公式或定律表述。实际工程计算中由于过渡层厚度微小，可不考虑此层，直接以对数率层的方法处理。对数率层处于近壁区的最外层，粘性力的影响不明显，湍流切应力占主要地位，流淌处于充分进展的湍流状态，流速分布接近对数律。壁面区内不同子层的高度和速度可以沿壁面法向的无量纲高度和无量纲速度表达。u+ =y+ =u UtyUtn其中，u 是流体的时均速度，Ut是壁面摩擦速度，U=t，t是trww壁面切应力， y 是壁面的垂直距离。在 y+ < 5 时，区域为粘性底层，此时速度沿壁面法线方向呈线性分布，即u+ = y+ 。在60 < y+ < 300时，流淌处于对数率层，此时速度沿壁面法线方向呈对数率分布，即u+ = 2.5ln y+ + 5.5 。壁面函数法的本质是，对于湍流核心区的流淌使用k - e 模型求解， 而在壁面区并不进展求解，直接使用半阅历公式得出该区域的速度等物理量。11FLUENT 供给了多种壁面函数处理方式，如标准壁面函数法、非平衡壁面函数法和增加壁面处理。标准壁面函数法利用对数校正法供给了必需的壁面边界条件对于平衡湍流边界层。而非平衡壁面函数法用来改善高压力梯度、分别、再附和滞止等状况下的结果。标准壁面函数法和非平衡壁面函数法都允许在近避开区域上使用较粗的网格。对于大多数高雷诺数状况使用标准的或者非平衡的壁面函数Re 106 。增加壁面处理选项把混合边界模型和两层边界模型结合起来，对低雷诺数流淌或者简单近壁面现象很适合，湍流模型在内层上得到了修正。表格 2几种壁面处理方法的比较优点缺点适合高雷诺数流淌，对低雷诺数流标准壁面应用较多，计算量动问题，有压力梯度、高度蒸腾和函数法小，有较高的精度大的体积力、低雷诺数和高速三维流淌问题不适合考虑了压力梯度，可 对低雷诺数流淌问题，有较强压力非平衡壁以计算分别，在附着 梯度、强体积力及强三维性问题不面函数法以及撞击问题适合增加壁面不依靠壁面法则，对 要求网格密，因而要求计算机处理处理于简单流淌，特别是 时间长，内存大12低雷诺数流淌很适合2. 多相流模型 VOF 模型该模型通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的容积比来模拟两种或三种不能混合的流体。典型的应用包括流体喷射、流体中大泡运动、流体在大坝坝口的流淌、气液界面的稳态和瞬态处13理等。一般而言 VOF 主要适用于非稳态的多相流模型，仅对某些特定问题的多相流模型的稳态问题能够适用。VOF 方法适用于计算空气和水这样不能相互掺混的流体流淌，对于分层流和活塞流，最便利的就是选择VOF 模型。需要留意的是，对于湍流模型的设置，VOF 不能用于无粘流，也不能用大涡模拟3。Geo-Reconstruct 格式Geo-Reconstruct 格式在Solution Methods 中设置是一种较为准确的追踪自由外表的计算格式，广泛地应用于瞬变流的 VOF 问题中，但必需留意的要使用该格式 VOF 模型必需使用显示离散格式在VOF 模型设置选项设置。Body Force Formulation为提高解的收敛性，对于涉及到外表张力的计算，建议在Body Force Formulation 中勾选 Implicit Body Force。这样做由于压力梯度和动量方程中外表张力的局部平衡，从而提高解的收敛性。3 李进良, 李承曦, 胡仁喜. 精通FLUENT.6.3 流场分析M. 北京, 化学工业出版社, 2023:231-23614 Mixture 模型这是一种简化的多相流模型，用于模拟各种有不同速度的多相流， 但是假定了在短空间尺度上局部的平衡。相之间的耦合应当是很强 的。它也用于模拟有猛烈耦合的各向同性多相流和各向以一样速度运动的多相流。典型的应用包括沉降sedimentation、气旋分别器、低载荷作业下的多粒子流淌、气相容积率很低的泡状流。Mixture Parameters一般需要勾选Mixture Parameters 中的Slip Velocity 复选框， 以此来求解滑移速度模型，由于在多相流中各种组分的速度有很大不15同。对于求解一个均匀的多相流问题可以选择不做滑移速度的计算， 可以在mixture parameters 选项下将slip velocity 关掉。 Eulerian 模型该模型可以模拟多相分别流及相互作用的相，相可以是液体、气体、固体。与在离散相模型中 Eulerian-Lagrangian 方案只用于离散相不同，在多相流模型中Eulerian 方案用于模型中的每一项。3. 固化与熔化模型FLUENT 承受“焓多孔度enthalpy-porosity”技术模拟流体的固化和熔化Solidification/Melting过程。在流体的固化和熔化问题中，流场可以分成流体区域、固体区域和两者之间的糊状区域。“焓多孔度”技术承受的计算策略是将流体在网格单元内占有的体16积百分比定义为多孔度porosity，并将流体和固体并存的糊状区域看作多孔介质区进展处理。在流体的固化过程中，多孔度从1 降低到 0；反之，在熔化过程中，多孔度则从0 升至 1。“焓多孔度” 技术通过在动量方程中添加汇项即负的源项模拟因固体材料存在而消灭的压强降。“焓多孔度”技术可以模拟的问题包括纯金属或二元合金中的固化、熔化问题、连续铸造加工过程等。计算中可以计算固体材料与壁面之间因空气的存在而产生的热阻，固化、熔化过程中组元的输运等等。需要留意的是，在求解固化、熔化问题的过程中，只能承受分别算法，只能与VOF 模型协作使用，不能计算可压缩流，不能单独设定固体材料和流体材料的性质，同时在模拟带反响的组元输运过程 时，无法将反响区限制在流体区域，而是在全流场进展反响计算。 Parameters 定义在Parameters 下面定义Mushy Zone Constant糊状区域常数。这个常数的取值范围一般在 104 到 107 之间，取值越大沉降曲线就越陡峭，固化过程的计算速度就越快，但是取值过大简洁引起计算振荡， 因此需要在计算中通过试算获得最正确数值。 Materials 设置在Materials材料面板上，定义 Melting Heat熔化热、SolidusTemperature固相点温度和 Liquidus Temperature液相点温度。假设计算中涉及组元输运过程，则必需同时定义溶剂的融解温度Melting Temperature，同时需要定义熔化物的液相线相对于浓度17的斜率Slope of Liquidus Line、安排系数Partition Coefficient和固体中的集中速率Diffusion in Solid等参数。 设置边界条件除了常规的边界条件设置，对于固化和熔化问题还有一些特别设置，其中包括：在计算壁面接触热阻时设置接触热阻Contact Resistance。这个参数在 Wall壁面面板中的 Thermal Conditions热力学条件下给定。果需要定义壁面上外表张力对温度的梯度，则在Shear Condition剪切条件下选择Marangoni StressMarangoni 应力 选项。假设计算拉出速度，则在边界条件中的速度边界条件将被用于拉出速度的计算。18三、相设置相设置一般用于多相流的设置，对于相设置，这里主要讲一下Interaction 的设置，如图：Interaction 设置Interaction 设置用来定义两相的相互作用，其有多个选项卡， 如图。19Drag 选项卡针对每对物相，在下拉菜单中选择阻力函数。其中包括schiller-naumann 模型、morsi-alexander 模型、symmetric对称 模型等用于流体与流体之间阻力计算的模型，也包括wen-yu 模型、gidaspow 模型、syamlal-obrien 模型等用于液体与固体之间阻力计算的模型，还包括syamlal-obrien-symmetric 模型用于固体与固体之间的阻力计算。除此之外，还可以将阻力函数定义为 constant常数，或者选择 user-defined用户定义由用户自己定义阻力函数。假设计算中不需要设定阻力，还可以选择none不计阻力选项。阻力设置的相关原理比较简单，可参考帮助，一般保持默认的schiller-naumann 设置不变。Surface Tension 选项卡Surface Tension 选项卡用来定义外表张力，假设相包含壁面粘附，可勾选“Wall Adhesion”复选框。四、Cell Zone ConditionFrame Motion 选项对于流体，可以通过Frame Motion 选项确定坐标运动方式如离心泵内部流体的旋转使用运动参考系模型，如图：20Rotation-Axis Origin 指转轴，Rotational Velocity 值旋转速度。五、边界条件设置1. 速度进口边界条件Velocity Inlet21速度进口边界条件用进口处流场速度及相关流淌变量作为边界条件，在速度进口边界条件中，流场进口边界的驻点参数是不固定的。为了满足进口处的速度条件，驻点参数将在肯定范围内波动。需要留意的是，由于这种条件中允许驻点参数浮动，所以速度进口边界条件仅适用于不行压流，假设用于可压流，则可能导致消灭非物理解。同时还要留意的是，不要让速度进口条件过于靠近进口内侧的固体障碍物，这样会使驻点参数的不均匀程度大大增加。湍流参数的设置对于一般的流淌边界条件，均涉及到湍流参数的定义，在Turbulence Specification Method 湍流定义方法下拉列表中， 可以简洁地用一个常数来定义湍流参数，即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。a. 湍流强度Turbulence Intensity湍流强度定义如下：u¢2 + v¢2 + w¢2I =u上式中u¢ ， v¢ ， w¢是速度脉动量， u 是平均速度。比较常用的是Intensity and Hydraulic Diameter，湍流强度与水力直径确实定有相应的计算方法，这里只是承受估算来加以确定。22内流问题进口处的湍流强度取决于上游流淌状态。假设上游是没有充分进展的未受扰流淌，则进口处可以使用低湍流强度。假设上游是充分进展的湍流，则进口处湍流强度可以到达几个百分点。假设管道中的流淌是充分进展的湍流，则湍流强度I turbulence intensity可以用下面公式计算得到，这个公式是从管流阅历公式得到的：u¢I = u = 0.16(Re)-1/8DH其中： Re为按等效水力直径D计算得到的雷诺数。DHH湍流强度小于 1时，可以认为湍流强度是比较低的，而在湍流强度大于 10时，则可以认为湍流强度是比较高的。比方，当雷诺数为 50000 时，代入上述公式可得到湍流强度为 4%，默认的湍流强度设置为 5%中等强度。23b. 湍流的长度尺度与水力直径湍流的长度尺度Turbulence Length Scale与水力直径Hydraulic Diameter是设置湍流的重要参数。湍流能量主要集中在大涡构造中，而湍流长度尺度l 则是与大涡构造相关的物理量。在充分进展的管流中，由于漩涡尺度不行能大于管道直径，所以l 是受到管道尺寸制约的几何。湍流长度尺度l 与管道物理尺寸L 关系可以表示为：l0.07L式中的比例因子 0.07 是充分进展管流中混合长的最大值，而L 则是管道直径。在管道截面不是圆形时，L 可以取为管道的水力直径。水力直径是在管内流淌internal pipe flow中引入的，其目的是为了给非圆管流淌取一个适宜的特征长度来计算其雷诺数。四倍的湿横截面面积与湿圆周长度之商。24湍流的特征长取决于对湍流进展具有打算性影响的几何尺度。在上面的争论中，管道直径是打算湍流进展过程的唯一长度量。假设在流淌中还存在其他对流淌影响更大的物体，比方在管道中存在一个障碍物，而障碍物对湍流的发生和进展过程起着重要的干扰作用。在这种状况下，湍流特征长就应当取为障碍物的特征长度。从上面的分析可知，虽然上式对于大多数管道流淌是适用的，但并不是普遍适用的，在某些状况下可以进展调整。在 FLUENT 中选择特征长L 或湍流长度尺度l 的方法如下：1） 对于充分进展的内流，可以用Intensity and Hydraulic Diameter湍流强度与水力直径方法定义湍流，其中湍流特征长度就是Hydraulic Diameter水力直径 D。H2） 对于导向叶片或分流板下游的流场，可以用Intensity and Hydraulic Diameter湍流强度与水力直径定义湍流，并在 Hydrauli Diameter水力直径中将导向叶片或分流板的开口局部的长度L 定义为特征长度。3） 假设进口处的流淌为受到壁面限制且带有湍流边界层的流淌，可以在Intensity and Length Scale 面板中用边界层厚度d通过公99式l = 0.4d计算得到湍流长度尺度l 。最终在 Turbulence Length Scale99湍流长度尺度中输入l 的值。c. 湍流淌能和湍流耗散率25在使用各种k - e 模型对湍流进展计算时，需要给定进口边界上的湍流淌能kTurbulent Kinetic Energy和湍流耗散率eTurbulent Dissipation Rate的估算值。目前没有理论上的准确计算这两个参数的公式，只能通过试验得到。但不行能对各种各样的流淌都去做试验，因此，我们必需借助文献中已有的近似公式来估算很多商用CFD 软件也是这样处理的。对于没有条件的状况，可依据湍流强度I 和特征长度L ，由下式粗略估量k 和e 的分布：3k =(uI )22avge = C3/4mk 3/2 l式中C 为湍流模型中的一个阅历常数，其值约等于 0.09。m在没有直接输入湍流淌能k 和湍流耗散率e 的状况下，可以用Intensity and Hydraulic Diameter湍流强度与水力直径或Intensity and Length Scale湍流强度与长度尺度等方法，利用上述公式确定湍流淌能k 和湍流耗散率e 。2. 压强进口边界条件Pressure Inlet压强进口边界条件用于定义进口流体的压强，可用于不行压缩和可压缩流淌。当进口压强，而流淌速度或流量未知时，可使用压26强进口边界条件。压强进口边界条件也可用于定义外部或非受限流淌的“自由边界”。定义总压与静压0首先道总压 p 与静压 p 的关系如下依据伯努力积分：1vp = p0+r22在Momentum动量选项卡内，Reference Frame 为参考值，有确定值Absolute与相对于接近区域值Relative to Adjacent Zone两个选项供选择，一般保持默认确实定值，Gauge Total Pressure表总压文本框中输入总压的值。静压在FLUENT 中被称为Supersonic/Initial Gauge Pressure超音速/初始表压，假设进口流淌是超音速的或者是预备压强进口边界条件进展计算的初始化工作，则必需定义静压。在流场为亚音速时，27FLUENT 将无视Supersonic/Initial Gauge Pressure超音速/初始表压的输入数据，而用驻点参数求出静压。例如，对于空气，当1速度为100m / s 时，可先求出其动压为 r v 221，静2= 2 ´1.225´100= 6125压等于总压减去动压得到。对于高雷诺数的计算，由于承受压强入口边界条件，湍流强度并不易求出，这里给出推举范围 1%5%固然也可以承受预估的方法估量一下。3. 压强出口边界条件Pressure Outlet压强出口边界条件在流场出口边界上定义静压，而静压的值仅在流场为亚音速时使用。假设在出口边界上流场到达超音速，则边界上的压强将从流场内部通过插值得到。其他流场变量均从流场内部通过插值获得。在压强出口边界上还需要定义“回流backflow”条件。回流条件是在压强出口边界上消灭回流使用的边界条件，这样计算将更简洁收敛。FLUENT 在压强出口边界条件上可以使用径向平衡条件，同时可以给定预期的流量。有关回流的湍流参数的设置如以下图所示，需要说明的是这些湍流参数只有当回流发生时才被使用。但是即使在计算结果中没有回流消灭，也应当将出口条件用真实流场的值设定，这样可以在计算过程中消灭回流时加速收敛。284. 出流边界条件Outflow出流边界条件用于模拟在求解前流速和压力未知的出口边界。在该边界上，用户不需要定义任何内容除非模拟辐射传热、粒子的离散相及多口出流。该边界条件适用于出口处的流淌是完全进展的状况。所谓完全进展，意味着出流面上的流淌状况由区域内部外推得到， 且对上游流淌没有影响。出游边界条件不能用于可压流淌，也不能与压力进口边界一起使用压力进口边界条件可与压力出口边界条件一起使用。出口边界条件的设置比较简洁，只需给定所指定的出流边界上流体的流出量权重占总流出量的百分比。假设系统只有一个出口， 则直接输入“1”即可。29留意：在使用出流边界条件时，假设在计算过程中，在出流边界上的任何一点有回流，计算的收敛性都会受到影响，尤其在进展湍流计算时，这种现象比较明显。这里，可尝试使用压力出口边界条件代替出流边界条件。5. 内部界面interior与交界面interface这两种面用于两个区域的交界处，在此界面上不需要用户输入任何内容，只需要指定其位置。一般内部节点单元的外表都默认是内部界面。内部界面interior边界条件用在两个区域如水泵中同叶轮一起旋转的流体区域与四周的非旋转流体区域的界面处，将两个区域“隔开”。在该边界上，不需要用户输入任何内容，只需要指定其位置。我们留意到，相接壁面在导入FLUENT 时，FLUENT 会为该壁面生成另外一个相应的shadow wall，将相接壁面由wall 更改为interior 时，FLUENT 会将wall 与shadow wall 合并为interior 类型。内部界面实际是两个区域公用一个界面只有一个面。交界面interface也是两个区域的交界，不同的是有两个面成对消灭。对于交界面，必需是重合或局部重合，需要在fluent 中定义。交界面网格划分可以不一样，fluent 会自动在重合的局部进展变量的插值和传递。这个功能使得划分网格变得简洁很多，对于简单的模型可以实行分块划分。假设可以娴熟的将两个区域的网格划分出来，并使30得交界处的节点统一合并节点，那么可以不用承受 interface，直接承受interior 是最好的选择，由于承受这种方式即提高计算速度又提高计算精度。相反，承受 interface 由于插值过程的存在，必定会降低计算速度和精度。留意：interior 界面处的网格必需节点保持全都，interface 可以不用全都，但要保证interface 是成对消灭的。6. 壁面边界条件wall一般来说，壁面边界条件指定后不用修改，但有些状况会做一些相应的设置，下面是一些特别例子。离心泵旋转的叶轮，因叶轮要随内部流体旋转，故其需设置movingwall虽然moving wall 条件一般在动网格条件下使用，但这里的moving wall 的设置并不代表使用动网格，这里为表示叶轮随流体坐标系的相对运动，取 Relative to Adjacent Cell Zone。由于内部流体取动坐标系，故只需取旋转速度为 0 即可表示叶轮旋转。31六、求解1. SIMPLE、SIMPLEC、PISO 与Coupled在Solution Methods 设置中，使用 Pressure-based 求解器时， 在求解时涉及到算法的问题，这里的算法一般有以下几种：SIMPLE、SIMPLEC、PISO 和 Coupled。在FLUENT 6.3 版本以前，这四种算法分32为 2 类，即前3 种称为分别求解方法，第4 种称为耦合求解方法。下面对这几种方法做简要介绍。SIMPLE 算法是目前工程上应用最为广泛的一种流场计算方法，它属于压力修正法的一种。其原理这里不做具体介绍，可参考关于计算流体力学的书籍。SIMPLEC 算法与 SIMPLE 算法的根本思路全都，仅在通量修正方法上有所改进，因而加快了计算的收敛速度。SIMPLEC 算法为求解非简单问题时比较好的选择，使用 SIMPLEC 算法时，压力耦合算法的欠松弛因子一般应设为 1.0，这样能加快收敛。SIMPLE 算法与SIMPLEC 算法在每个迭代步中得到的压强场都不能完全满足动量方程，因此需要反复迭代，直到收敛。PISO 算法针对SIMPLE 算法中每个迭代步获得的压强场与动量方程偏离过大的问题，在每个迭代步增加了动量修正和网格畸变修正过程，因此虽然 PISO 算法的每个迭代步中的计算量大于SIMPLE 算法和SIMPLEC 算法，但是由于每个迭代步中获得的压强场更准确，所以使得计算收敛得更快，也就是说获得收敛解需要的迭代步数大大削减了。Coupled 算法同时求解连续方程、动量方程和能量方程。