[整理]FLUENT边界条件(2)—湍流设置.
3.6.5在FLUENT中设定湍流模型[共3页]
![3.6.5在FLUENT中设定湍流模型[共3页]](https://img.taocdn.com/s3/m/a132459070fe910ef12d2af90242a8956becaa3c.png)
3.6.5在FLUENT中设定湍流模型[共3页]118精通CFD ⼯程仿真与案例实战—— FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot（第2版）表3-3⼏种壁⾯处理⽅法的⽐较优点缺点标准壁⾯函数法应⽤较多，计算量⼩，有较⾼的精度适合⾼雷诺数流动，对低雷诺数流动问题，有压⼒梯度、⾼度蒸腾和⼤的体积⼒、低雷诺数和⾼速三维流动问题不合适⾮平衡壁⾯函数法考虑了压⼒梯度，可以计算分离，再附着以及撞击问题对低雷诺数流动问题，有较强压⼒梯度、强体积⼒及强三维性问题不适合增强壁⾯处理不依赖壁⾯法则，对于复杂流动，特别是低雷诺数流动很适合要求⽹格密，因⽽要求计算机处理时间长，内存⼤ 3.6.5 在FLUENT 中设定湍流模型在FLUENT 中设定湍流模型的过程如下。
在Viscous Model 对话框中选中Inviscid （⽆粘）选项，FLUENT 会将流体视为没有黏性的理想流体，此时⽆须指定其他参数，如图3-8所⽰。
在Viscous Model 对话框中选中Laminar （层流）选项，FLUENT 会将流体视为层流流动求解，如图3-9所⽰。
若勾选Low-Pressure Boundary Slip 复选框，将考虑压⼒较低时速度和温度滑移边界条件对流动的影响，⽐如半导体制造装置的模拟。
图3-8 在Viscous 模型对话框中选择⽆粘流动图3-9 在Viscous 模型对话框中选择层流流动在Viscous Model 对话框（见图3-10）内选中Spalart-Allmaras (1 eqn)选项，即选择了Spalart-Allmaras 模型。
Spalart-Allmaras Production 选项组中的V orticity-Based （基于涡的⽣成）选项和Strain/V orticity-Based （基于应变/涡的⽣成）选项为两种计算变形张量的⽅法。
包含涡和应变张量能更精确地预测湍流涡旋的影响，因⽽⼀般结果更为可靠。
fluent外流场边界条件设置
fluent外流场边界条件设置Fluent外流场边界条件设置在计算流体力学领域，Fluent是一个广泛使用的计算流体动力学（CFD）软件包，用于模拟和分析流体流动和传热问题。
在Fluent 中，边界条件的设置对于模拟结果的准确性和可靠性至关重要。
本文将重点介绍Fluent中外流场边界条件的设置。
1. 壁面边界条件壁面是流体流动中最常见的边界之一，它可以是实际物体的表面，也可以是虚拟的边界。
在Fluent中，壁面边界条件的设置直接影响着流动的速度和温度分布。
常见的壁面边界条件有：- 固定温度壁面：假设壁面具有固定的温度，适用于需要考虑热传导的问题，如热交换器。
- 固定热流壁面：假设壁面具有固定的热流，适用于需要考虑热辐射的问题，如太阳能集热器。
- 固定速度壁面：假设壁面具有固定的流体速度，适用于需要考虑流体动力学的问题，如风洞实验。
2. 入口边界条件入口边界条件是指流体流动进入计算区域的位置。
在Fluent中，入口边界条件的设置对于模拟结果的准确性和可靠性至关重要。
常见的入口边界条件有：- 固定速度入口：假设流体从入口进入计算区域时具有固定的速度，适用于需要考虑流体动力学的问题，如风洞实验。
- 固定压力入口：假设流体从入口进入计算区域时具有固定的压力，适用于需要考虑压力变化的问题，如管道流动。
- 固定质量流入口：假设流体从入口进入计算区域时具有固定的质量流率，适用于需要考虑质量守恒的问题，如喷气发动机。
3. 出口边界条件出口边界条件是指流体流动离开计算区域的位置。
在Fluent中，出口边界条件的设置对于模拟结果的准确性和可靠性至关重要。
常见的出口边界条件有：- 压力出口：假设流体从出口离开计算区域时具有固定的压力，适用于需要考虑压力变化的问题，如管道流动。
- 压力出流：假设流体从出口离开计算区域时具有与环境相等的压力，适用于需要考虑流体回流或循环的问题，如涡轮机。
- 非滑移壁面：假设流体从出口离开计算区域时与壁面无相对滑移，适用于需要考虑边界层效应的问题，如飞机机翼。
湍流边界条件参数的设置
2011-8-30蓝色流体|流体专业论坛专注流体 - Pow…标题: [fluent相关]湍流边界条件参数的设置作者: ifluid 时间: 2009-4-14 15:02 标题: 湍流边界条件参数的设置在流场的入口、出口和远场边界上，用户需要定义流场的湍流参数。
在FLUENT 中可以使用的湍流模型有很多种。
在使用各种湍流模型时，哪些变量需要设定，哪些不需要设定以及如何给定这些变量的具体数值，都是经常困扰用户的问题。
本小节只讨论在边界上设置均匀湍流参数的方法，湍流参数在边界上不是均匀分布的情况可以用型函数和UDF（用户自定义函数）来定义，具体方法请参见相关章节的叙述。
在大多数情况下，湍流是在入口后面一段距离经过转捩形成的，因此在边界上设置均匀湍流条件是一种可以接受的选择。
特别是在不知道湍流参量的分布规律时，在边界上采用均匀湍流条件可以简化模型的设置。
在设置边界条件时，首先应该定性地对流动进行分析，以便边界条件的设置不违背物理规律。
违背物理规律的参数设置往往导致错误的计算结果，甚至使计算发散而无法进行下去。
在Turbulence Specification Method （湍流定义方法）下拉列表中，可以简单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。
下面具体讨论这些湍流参数的含义，以保证在设置模型时不出现违背流动规律的错误设置：（1）湍流强度（Turbulence Intensity）湍流强度I的定义为：I=Sqrt(u’*u’+v’*v’+w’*w’)/u_avg上式中u',v' 和w' 是速度脉动量，u_av g是平均速度。
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。
在来流为层流时，湍流强度可以用绕流物体的几何特征粗略地估算出来。
比如在模拟风洞试验的计算中，自由流的湍流强度可以用风洞的特征长度估计出来。
(整理)FLUENT边界条件(2)—湍流设置.
FLUENT边界条件（2）—湍流设置（fluent教材—fluent入门与进阶教程于勇第九章）Fluent：湍流指定方法（Turbulence Specification Method）2009-09-16 20:50使用Fluent时，对于velocity inlet边界，涉及到湍流指定方法（Turbulence Specification Method），其中一项是Intensity and Hydraulic Diameter （强度和水利直径），本文对其进行论述。
其下参数共两项，（1）是Turbulence Intensity，确定方法如下：I=0.16/Re_DH^0.125 (1)其中Re_DH是Hydraulic Diameter（水力直径）的意思，即式(1)中的雷诺数是以水力直径为特征长度求出的。
雷诺数Re_DH=u×DH/υ(2)u为流速，DH为水利直径，υ为运动粘度。
水利直径见（2）。
（2）水利直径水力直径是水力半径的二倍，水力半径是总流过流断面面积与湿周之比。
水力半径R＝A/X (3)其中，A为截面积（管子的截面积）＝流量/流速X为湿周(字面理解水流过各种形状管子外圈湿一周的周长)例如：方形管的水利半径R=ab/2(a+b)水利直径DH=2×R (4)举例如下：如果水流速度u=10m/s，圆形管路直径2cm，水的运动粘度为1×10-6 m2/s。
则DH=2×3.14*r^2/(2*3.14*r)=2*3.14*0.01^2/(3.14*0.02)=0.01 r为圆管半径Re_DH=u×DH/υ=10*0.02/10e-6=20000I=0.16/Re_DH^0.125=0.16/20000^0.125=0.0463971424017634≈5%水力半径：润湿周长横截面积=h r ， 水力直径：h h r 4D =对圆管而言，管道直径和水力直径是一回事。
Fluent软件的使用(2)
压力速度耦合方法
当使用压力基求解时，压力速度耦合算法（通过 连续方程和动量方程的组合推导出压力修正方程） 有四种。
Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations (SIMPLE) 默认方法，鲁棒性很强。
速度入口Velocity Inlet
描述速度的三种方法
Magnitude, Normal to Boundary Components
Magnitude and Direction
除非使用UDF或者profile文件， 否则只能使用均匀的速度剖面。
通常用在不可压缩流动中，不推 荐在可压缩流动中使用。
Pressure-Based (coupled)
Density-Based (coupled)
压力基求解器包含两种算法：
解耦求解器，顺序求解压力修 正方程和动量方程 耦合求解器，同时求解压力修 正方程和动量方程
Solve Energy Solve Species Solve Turbulence Equation(s) Solve Other Transport Equations as required
速度大小可以是负的，表明正在 使用速度出口边界。
压力入口Pressure Inlet
对于可压与不可压流动均适用。
从驻点到入口的无损转换条件。
FLUENT计算入口处的静压和速度
通过边界的质量流率取决于内部的 求解和描述的流动方向
要求的信息
总的表压 超音速/初始化的表压
Yes
Check for accuracy
No
Stop
可用的求解器
Fluent提供两种求解器——压 力基的和密度基的。 压力基的求解器将速度和压 力（或者压力修正量）作为 基本变量
fluent边界条件设置教程
l 0.07L
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。
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： 速度入口边界条件用于定义流动入口边界的速度和标量 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。 质量流动入口边界条件用于可压流规定入口的质量流速。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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
边界条件中湍流设置
在入口、出口或远场边界流入流域的流动，FLUENT 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：● 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。
● 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. KineticEnergy ）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。
● 雷诺应力模型：在湍流指定方法下拉菜单中选择K 和Epsilon 并在湍动能（Turb. KineticEnergy ）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。
fluent第五章边界条件
第五章 边界条件5-1 FLUENT 程序边界条件种类FLUENT 的边界条件包括： 1， 流动进、出口边界条件2， 壁面，轴对称和周期性边界3， Internal cell zones ：fluid, solid (porous is a type of fluid zone )4， Internal face boundaries ：fan, radiator, porous jump, wall, interior5－2 流动进口、出口边界条件FLUENT 提供了10种类型的流动进、出口条件，它们分别是：★一般形式： ★可压缩流动： 压力进口 质量进口 压力出口 压力远场★不可压缩流动： ★特殊进出口条件： 速度进口 进口通分，出口通风 自由流出 吸气风扇，排气风扇进口出口壁面orifice (interior)orifice_plate and orifice_plate-shadow流体Example: Face and Cell zones associated with Pipe Flow through orifice plate1，速度进口（velocity-inlet）：给出进口速度及需要计算的所有标量值。
该边界条件适用于不可压缩流动问题，对可压缩问题不适用，否则该入口边界条件会使入口处的总温或总压有一定的波动。
2，压力进口（pressure-inlet）：给出进口的总压和其它需要计算的标量进口值。
对计算可压不可压问题都适用。
3，质量流进口（mass-flow-inlet）：主要用于可压缩流动，给出进口的质量流量。
对于不可压缩流动，没有必要给出该边界条件，因为密度是常数，我们可以用速度进口条件。
4，压力出口（pressure-outlet）：给定流动出口的静压。
对于有回流的出口，该边界条件比outflow 边界条件更容易收敛。
该边界条件只能用于模拟亚音速流动。
5，压力远场（pressure-far-field）：该边界条件只对可压缩流动适合。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
FLUENT边界条件（2）—湍流设置
（fluent教材—fluent入门与进阶教程于勇第九章）
Fluent：湍流指定方法（Turbulence Specification Method）
2009-09-16 20:50
使用Fluent时，对于velocity inlet边界，涉及到湍流指定方法（Turbulence Specification Method），其中一项是Intensity and Hydraulic Diameter （强度和水利直径），本文对其进行论述。
其下参数共两项，
（1）是Turbulence Intensity，确定方法如下：
I=0.16/Re_DH^0.125 (1)
其中Re_DH是Hydraulic Diameter（水力直径）的意思，即式(1)中的雷诺数是以水力直径为特征长度求出的。
雷诺数
Re_DH=u×DH/υ(2)
u为流速，DH为水利直径，υ为运动粘度。
水利直径见（2）。
（2）水利直径
水力直径是水力半径的二倍，水力半径是总流过流断面面积与湿周之比。
水力半径
R＝A/X (3)
其中，A为截面积（管子的截面积）＝流量/流速
X为湿周(字面理解水流过各种形状管子外圈湿一周的周长)
例如：方形管的水利半径
R=ab/2(a+b)
水利直径
DH=2×R (4)
举例如下：
如果水流速度u=10m/s，圆形管路直径2cm，水的运动粘度为1×10-6 m2/s。
则
DH=2×3.14*r^2/(2*3.14*r)=2*3.14*0.01^2/(3.14*0.02)=0.01 r为圆管半径
Re_DH=u×DH/υ=10*0.02/10e-6=20000
I=0.16/Re_DH^0.125=0.16/20000^0.125=0.0463971424017634≈5%
水力半径：润湿周长
横截面积=h r ， 水力直径：h h r 4D =
对圆管而言，管道直径和水力直径是一回事。
1、湍流强度
定义：速度波动的均方根与平均速度的比值
小于1%为低湍流强度，高于10%为高湍流强度。
计算公式：
I=0.16*(re)^(-1/8)
式中：I —湍流强度，re —雷诺数
2、湍流尺度及水力直径
湍流尺度（turbulence length)：a physical quantity related to the size of the large eddies that contain the energy in turbulent flows 。
通常计算方式：
l=0.07L
L 为特征尺度，可认为是水力直径，因数0.07是基于充分发展的湍流管流中的混合长度的最大值。
湍流参数的选取：
（1）充分发展的内部流动，选取湍流强度(intensity)和水力直径(hydraulic diameter)
（2）导流叶片流动、穿孔板等流动，选取强度(intensity)和长度尺度(length scale)。
（3）四周为壁面引起湍流边界层的流动，选取强度（intensity)和长度尺度(length scale)，使用边界层厚度，特征长度等于0.4倍边界层，输入此值到turbulence length scale 中。
3、湍动能（Kinetic energy)
湍流模型中最常见的物理量（k）。
利用湍流强度估算湍动能：
k=3/2*(u*I)^2
其中：u—平均速度，I—湍流强度
4、湍流耗散率(turbulent disspipation rate)
湍流耗散率即传说中的ε。
通常利用k和湍流尺度l估算ε
计算公式为：
cu通常取0.09，k为湍动能，l为湍流尺度
5、比耗散率ω
计算公式为：
ω=k^0.5/(l*c^0.25)式中：k为湍动能，l为湍流尺度，c为经验常数，常取0.09。