fluent边界条件

边界条件

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

: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

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fluent边界条件

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

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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。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

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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）。在某些情况下你可能想要

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. 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

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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

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

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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。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

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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

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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

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。

l 雷诺应力模型：在湍流指定方法下拉菜单中选择K

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和Epsilon并在湍动能（Turb. Ki

netic 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

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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定义为相对于平均速度u_avg的脉动速度u^'的均方根。

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，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%

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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，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L

l 对于壁面的流动，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

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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(100到1000)。然而，在大多数外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1 < m_t/m <10。 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模型）或者强 度和粘性比（对于k-e模型或者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FL

UENT中常用的几个有用的关系式。要获得修改的湍流粘性，它和湍流强度I长度尺度l有如下 关系：

在Spalart-Allmaras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

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式中获得。

湍动能k和湍流强度I之间的关系为：

其中u_avg为平均流动速度

除了为k和e指定具体的值之外，无论你是使用湍流强度和水力学直径，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 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。

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

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可以用下面的公式：

其中， 是你希望的在穿过流场之后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U ?k/?x = - e.

如果你用这种方法估计e，你也要用方程7检查结果的湍流粘性比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从 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

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(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，FLUENT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.

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。

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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(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(对于离散相的计算) l 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

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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 field输入总压值。总温会在Total Temperatur

e 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：

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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中的速度（或者方程3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，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z的分量，也可以设(圆柱坐标的)半径，切线和轴向

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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

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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），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(i n 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。

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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Supersonic/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 G

auge 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

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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，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

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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

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fluent边界条件

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。

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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，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：

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fluent边界条件

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

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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、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）。

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fluent边界条件

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FL

UENT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

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fluent边界条件

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，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，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。

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fluent边界条件

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。

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fluent边界条件

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

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fluent边界条件

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，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

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fluent边界条件

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

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fluent边界条件

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

FLUENT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

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fluent边界条件

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。 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

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fluent边界条件

之外的所有流动条件，都被假定为逆流的单元。

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。 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，主流的流速主要的由（不同的

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fluent边界条件

）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、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）。

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fluent边界条件

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)

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fluent边界条件

而不是1-radian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Supersonic/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 G

auge 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

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fluent边界条件

设定的。

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，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。

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fluent边界条件

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

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fluent边界条件

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，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

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fluent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

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fluent边界条件

用于计算流入区域的相关解变量的流量。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，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：

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fluent边界条件

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

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fluent边界条件

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：

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fluent边界条件

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r是流体密度，k_L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

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fluent边界条件

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（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）。

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fluent边界条件

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，此时压力要从内部流动中推断。所有 其它的流动属性都从内部推出。

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fluent边界条件

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。 FLUENT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。

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)

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fluent边界条件

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

。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

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fluent边界条件

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，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

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fluent边界条件

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。

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fluent边界条件

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

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fluent边界条件

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

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fluent边界条件

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、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 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Gauge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。

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fluent边界条件

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)。

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fluent边界条件

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 follo ws:

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

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fluent边界条件

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。

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fluent边界条件

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）：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。

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

FLUENT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

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fluent边界条件

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，在假定与完全发展的流动相容的基础上，FLUENT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，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，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

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fluent边界条件

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。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

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fluent边界条件

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，当通过质量出口流入计算区域时，流动的标量属性是未定义的 (FLUEN

T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，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：

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fluent边界条件

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

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fluent边界条件

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

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

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fluent边界条件

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

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fluent边界条件

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

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

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fluent边界条件

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

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fluent边界条件

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）

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fluent边界条件

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） 。 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。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。 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

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fluent边界条件

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。 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，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

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fluent边界条件

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 。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

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fluent边界条件

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，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，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

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fluent边界条件

是绕x轴旋转，起点为(0,0)。 需要注意的是，只有在壁面表面的旋转时，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

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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Cebeci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 (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K_s。然而，对于非同一沙粒平均直径(D_50)应该 是最有意

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fluent边界条件

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（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。

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fluent边界条件

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，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DO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不需要任何边界条件的输入， 因为FLUENT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 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

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fluent边界条件

应力计算 湍流流动的壁面处理，在壁面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^\"_rad=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。

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fluent边界条件

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^\"_rad =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

T_?=区域外部的温度的辐射源或者消失（sink）处 q^\"_rad=从内部去向壁面辐射的热流量

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fluent边界条件

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

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fluent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，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： l 对称平面内法向速度为零

l 对称平面内所有变量的法向梯度为零

如上所述，对称的定义要求这些条件决定流过对称平面的流量为零。因为对称边界的剪应力

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fluent边界条件

为零，所以在粘性流动计算中它也可以用滑移壁面来解释。

对称边界的例子

对称边界用于减少计算模拟的范围，它只需要模拟所有物理系统的一个对称子集。下面两个

图是通过该种方法使用对称边界的例子。

Figure 1:使用对称边界模拟三维管道的四分之一

Figure 2: 使用对称边界模拟圆形截面的四分之一

下面的图则是误用对称平面的两个例子，在这两个例子中，虽然几何外形是对称的，但是流

动本身却不符合对称边界条件的要求。在第一个例子中浮力产生了非对称流动。在第二个例

子中，流动中的涡流产生了一个垂直于应该是对称平面的流动。。需要注意的是，这两个粒

子都要使用旋转周期性边界（请参阅周期性边界一节的图一）

Figure 3: 对称的误用

周期性边界条件

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fluent边界条件

周期性边界条件用来解决，物理模型和所期待的流动的流动/热解具有周期性重复的特点。FLUENT提供了两种类型的周期性边界条件。第一种类型不允许通过周期性平面具有压降（对 于FLUENT4用户来说：这一类型的周期性边界是指FLUENT4中的圆柱形边界）。第二种类型允 许通过平移周期性边界具有压降，它是你能够模拟完全发展的周期性流动（在FLUENT4中是 周期性边界）。

本节讨论了无压降的周期性边界条件。在周期性流动和热传导一节中，完全发展的周期性模 拟能力得到了详尽的描述。

周期性边界的例子

周期性边界条件用于模拟通过计算模型内的两个相反平面的流动是相同的情况。下图是周期

性边界条件的典型应用。在这些例子中，通过周期性平面进入计算模型的流动和通过相反的

周期性平面流出流场的流动是相同的。正如这些例子所示，周期性平面通常是成对使用的。

Figure 1: 在圆柱容器中使用周期性边界定义涡流

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fluent边界条件

周期性边界的输入

对于没有任何压降的周期性边界，你只需要输入一个东西，那就是你的所模拟的几何外形是

旋转性周期还是平移性周期。（对于有周期性压降的周期流还要输入其它的东西，请参阅周 期性流动和热传导一节。）

旋转性周期边界是指关于旋转对称几何外形中线形成了一个包括的角度。本节中的图一就是

旋转性周期。平移性周期边界是指在直线几何外形内形成周期性边界。下面两图是平移性周 期边界：

Figure 1: 物理区域

Figure 2: 所模拟的区域

对于周期性边界，你需要在周期性面板（下图）中指定平移性边界还是旋转性边界，该面板

是从设定边界条件菜单中打开的。

Figure 3: 周期性面板

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fluent边界条件

(对于耦合解算器，周期性面板中将会有附加的选项，这一选项允许你指定压力跳跃，详细

内容请参阅周期性流动和热传导一节。)

如果区域是旋转性区域，请选择旋转性区域类型。如果是平移性就选择平移性区域类型。对

于旋转性区域，解算器会自动计算通过周期性区域的旋转角度。旋转轴是为邻近单元指定的 旋转轴。

注意：对于使用旋转周期性边界来说，你不必指定邻近单元区域为移动的。例如，你能够使

用具有管的平切片的非旋转坐标系来模拟三维管流，管的切片需要具有旋转性周期。

你可以使用Grid/Check菜单选项（参阅检查网格一节）来计算和显示周期性边界所有表面的

旋转角度的最大值、最小值和平均值。如果最大值、最小值和平均值之间的差别可以忽略

，那么网格有一个问题：对于指定轴来说网格几何外形不是周期性的。

周期性边界的默认设定

默认为平移周期性边界条件

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fluent边界条件

周期性边界的计算程序

FLUENT在周期性边界处理流动就像反向周期性平面是和前面的周期性边界直接相邻一样，因

此，当计算流过邻近流体单元的周期性边界时，就会使用与反向周期性平面相邻的流体单元 的流动条件。

轴边界的计算程序

轴边界条件

轴边界类型必须使用在对称几何外形的中线处（见下图）。它也可以用在圆柱两极的四边形

和六面体网格的中线上（比如：像FLUENT4之类的结构网格生成代码所产生的网格）。在轴

边界处，你不必定义任何边界条件。

Figure 1: 在轴对称几何外形的中线处轴边界条件的使用

轴边界的计算程序

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fluent边界条件

要确定轴上特定点的适当物理值，FLUENT使用邻近单元中的单元值。

流体条件

流体区域是一组所有现行的方程都被解出的单元。对于流体区域只需要输入流体材料类型。

你必须指明流体区域内包含哪种材料，以便于使用适当的材料属性。 如果你模拟组分输运或者燃烧，你就不必在这里选择材料属性，当你激活模型时，组分模型

面板中会指定混合材料。相似地，对于多相流动你也不必指定材料属性，当你在多相流模型

面板中激活模型时，你会选择它们。

可选择的输入允许你设定热、质量、动量、湍流、组分以及其它标量属性的源项。你也可以

为流体区域定义运动。如果邻近流体区域内具有旋转周期性边界，你就需要指定旋转轴。如

果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型来模拟湍流，你可以选择定义流体区域为层流

区域。如果你用DO模型模拟辐射，你可以指定流体是否参加辐射。对于多孔区域的信息，请 参阅多孔介质条件一节。

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fluent边界条件

流体区域的输入

在流体面板中（下图），你需要设定所有的流体条件，该面板是从设定边界条件菜单中打开 的。

Figure 1: 流体面板

定义流体材料

要定义流体区域内包含的材料，请在材料名字下拉列表中选择适当的选项。这一列表中会包

含所有已经在使用材料面板中定义的流体材料（或者从材料数据库中加载）。

如果你模拟组分输运或者多相流，在流体面板的下拉列表中不会出现材料名。对于组分计算

，所有流体区域的混合材料将会是你在组分模型面板中所指定的材料。对于多相流，所有流

体区域的材料将会是你在多相流模型面板中所指定的材料。

定义源项

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fluent边界条件

如果你希望在流体区域内定义热、质量、动量、湍流、组分以及其它标量属性的源项，你可

以激活源项选项来实现。详情请参阅定义质量、动量、能量和其它源项一节。

指定层流区域

如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型来模拟湍流，在指定的流体区域关掉湍流模

拟是可能的（即：使湍流生成和湍流粘性无效，但是湍流性质的输运仍然保持）。如果你知

道在某一区域流动是层流这一功能是很有用的。比方说：如果你知道机翼上的转唳点的位置

，你可以在层流单元区域边界和湍流区域边界创建一个层流/湍流过渡边界。这一功能允许

你模拟机翼上的湍流过渡。要在流体区域内取消湍流模拟，请在流体面板中打开层流区域选 项。

指定旋转轴

如果邻近流体区域存在旋转性周期边界，或者区域是旋转的，你必须

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fluent边界条件

指定旋转轴。要定义旋

转轴，请设定旋转轴方向和起点。这个轴和任何邻近壁面区域或任何其它单元区域所使用的

旋转轴是的。对于三维问题，旋转轴起点是从旋转轴起点中输入的起点，方向为旋转轴

方向选项中输入的方向。对于二维非轴对称问题，你只需要指定旋转轴起点，方向就是通过

指定点的z方向。（z向是垂直于几何外形平面的，这样才能保证旋转出现在该平面内）。对

于二维轴对称问题，你不必定义轴，旋转通常就是关于x轴的，起点为(0,0)。

定义区域运动

对于旋转和平移坐标系要定义移动区域，请在运动类型下菜单(如果你用滚动条向右滚动到

旋转轴起点和方向，就是可见的了)中选择运动参考坐标系。然后在面板的扩展部分设定适 当的参数。

要对移动或者滑移网格定义移动区域，在移动类型下拉列表中选择移动网格，然后在扩展面

板中设定适当的参数。详情请参阅滑动网格。

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fluent边界条件

对于包括线性、平移运动的流体区域问题，通过设定X, Y,和Z分量来指定平移速度。对于包

括旋转运动的问题，在旋转速度中指定旋转速度。旋转轴的定义请参阅指定旋转轴一节。

关于在移动参考系中模拟流动的详细内容请参阅移动区域的流动一节。

定义辐射参数

如果你使用DO辐射模型，你可以用参加辐射选项指定流体区域是否参加辐射的计算。详情请 参阅辐射边界条件一节。

固体条件

固体区域是仅用来解决热传导问题的一组区域。作为固体处理的材料可能事实上是流体，但

是假定其中没有对流发生。固体区域仅需要输入材料类型。你必须表明固体区域包含哪种材

料，以便于计算是使用适当的材料。可选择的输入允许你设定体积热生成速度（热源）。你

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fluent边界条件

也可以定义固体区域的运动。如果在邻近的固体单元内有旋转性周期边界，你就需要指定旋

转轴。如果你模拟DO辐射模型，你可以指定固体材料是否参加辐射的计算。

固体区域的输入

流体区域的输入

在固体面板中（下图），你需要设定所有的固体条件，该面板是从设定边界条件菜单中打开 的。

Figure 1: 固体面板 定义流体材料

要定义固体区域内包含的材料，请在材料名字下拉列表中选择适当的选项。这一列表中会包

含所有已经在使用材料面板中定义的固体材料（或者从材料数据库中加载）。

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fluent边界条件

定义热源

如果你希望在固体区域内定义热源项，你可以激活源项选项来实现。详情请参阅定义质量、 动量、能量和其它源项一节。

指定旋转轴

如果邻近固体区域存在旋转性周期边界，或者区域是旋转的，你必须指定旋转轴。要定义旋

转轴，请设定旋转轴方向和起点。这个轴和任何邻近壁面区域或任何其它单元区域所使用的

旋转轴是的。对于三维问题，旋转轴起点是从旋转轴起点中输入的起点，方向为旋转轴

方向选项中输入的方向。对于二维非轴对称问题，你只需要指定旋转轴起点，方向就是通过

指定点的z方向。（z向是垂直于几何外形平面的，这样才能保证旋转出现在该平面内）。对

于二维轴对称问题，你不必定义轴，旋转通常就是关于x轴的，起点为(0,0)。

定义区域运动

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fluent边界条件

对于旋转和平移坐标系要定义移动区域，请在运动类型下菜单(如果你用滚动条向右滚动到

旋转轴起点和方向，就是可见的了)中选择运动参考坐标系。然后在面板的扩展部分设定适 当的参数。

要对移动或者滑移网格定义移动区域，在移动类型下拉列表中选择移动网格，然后在扩展面

板中设定适当的参数。详情请参阅滑动网格。

对于包括线性、平移运动的流体（？？？原文是流体，按理说应该是固体）区域问题，通过

设定X, Y,和Z分量来指定平移速度。对于包括旋转运动的问题，在旋转速度中指定旋转速度

。旋转轴的定义请参阅指定旋转轴一节。

关于在移动参考系中模拟流动的详细内容请参阅移动区域的流动一节。

定义辐射参数

如果你使用DO辐射模型，你可以用参加辐射选项指定固体区域是否参加辐射的计算。详情请 参阅辐射边界条件一节。 多孔介质条件

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fluent边界条件

多孔介质模型可以应用于很多问题，如通过充满介质的流动、通过过滤纸、穿孔圆盘、流量

分配器以及管道堆的流动。当你使用这一模型时，你就定义了一个具有多孔介质的单元区域

，而且流动的压力损失由多孔介质的动量方程中所输入的内容来决定。通过介质的热传导问

题也可以得到描述，它服从介质和流体流动之间的热平衡假设，具体内容可以参考多孔介质 中能量方程的处理一节。

多孔介质的一维化简模型，被称为多孔跳跃，可用于模拟具有已知速度/压降特征的薄膜。

多孔跳跃模型应用于表面区域而不是单元区域，并且在尽可能的情况下被使用（而不是完全

的多孔介质模型），这是因为它具有更好的鲁棒性，并具有更好的收敛性。详细内容请参阅 多孔跳跃边界条件。

多孔介质模型的

如下面各节所述，多孔介质模型结合模型区域所具有的阻力的经验公

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fluent边界条件

式被定义为\"多孔\"。事

实上多孔介质不过是在动量方程中具有了附加的动量损失而已。因此，下面模型的就可 以很容易的理解了。

l 流体通过介质时不会加速，因为事实上出现的体积的阻塞并没有在模型中出现。这

对于过渡流是有很大的影响的，因为它意味着FLUENT不会正确的描述通过介质的过渡时间。

l 多孔介质对于湍流的影响只是近似的。详细内容可以参阅湍流多孔介质的处理一节 。

多孔介质的动量方程

多孔介质的动量方程具有附加的动量源项。源项由两部分组成，一部分是粘性损失项 (Darc y)，另一个是内部损失项：

其中S_i是i向(x, y, or z)动量源项，D和C是规定的矩阵。在多孔介质单元中，动量损失对

于压力梯度有贡献，压降和流体速度（或速度方阵）成比例。 对于简单的均匀多孔介质：

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fluent边界条件

其中a是渗透性，C_2时内部阻力因子，简单的指定D和C分别为对角阵1/a 和C_2其它项为零 。

FLUENT还允许模拟的源项为速度的幂率：

其中C_0和C_1为自定义经验系数。

注意：在幂律模型中，压降是各向同性的，C_0的单位为国际标准单位。

多孔介质的Darcy定律

通过多孔介质的层流流动中，压降和速度成比例，常数C_2可以考虑为零。忽略对流加速以

及扩散，多孔介质模型简化为Darcy定律：

在多孔介质区域三个坐标方向的压降为：

其中1/a_ij为多孔介质动量方程1中矩阵D的元素v_j为三个方向

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fluent边界条件

上的分速度，D n_x、 D n_

y、以及D n_z为三个方向上的介质厚度。

在这里介质厚度其实就是模型区域内的多孔区域的厚度。因此如果模型的厚度和实际厚度不

同，你必须调节1/a_ij的输入。.

多孔介质的内部损失

在高速流动中，多孔介质动量方程1中的常数C_2提供了多孔介质内部损失的矫正。这一常数

可以看成沿着流动方向每一单位长度的损失系数，因此允许压降指定为动压头的函数。

如果你模拟的是穿孔板或者管道堆，有时你可以消除渗透项而只是用内部损失项，从而得到 下面的多孔介质简化方程：

写成坐标形式为：

多孔介质中能量方程的处理

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fluent边界条件

对于多孔介质流动，FLUENT仍然解标准能量输运方程，只是修改了传导流量和过度项。在多

孔介质中，传导流量使用有效传导系数，过渡项包括了介质固体区域的热惯量： 其中： h_f=流体的焓 h_s=固体介质的焓 f=介质的多孔性

k_eff=介质的有效热传导系数 S^h_f=流体焓的源项 S^h_s=固体焓的源项

多孔介质的有效传导率

多孔区域的有效热传导率k_eff是由流体的热传导率和固体的热传导率的体积平均值计算得 到： 其中： f=介质的多孔性

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fluent边界条件

k_f=流体状态热传导率（包括湍流的贡献k_t） k_s=固体介质热传导率

如果得不到简单的体积平均，可能是因为介质几何外形的影响。有效传导率可以用自定义函

数来计算。然而，在所有的算例中，有效传导率被看成介质的各向同性性质。

多孔介质中的湍流处理

在多孔介质中，默认的情况下FLUENT会解湍流量的标准守恒防城。因此，在这种默认的方法

中，介质中的湍流被这样处理：固体介质对湍流的生成和耗散速度没有影响。如果介质的渗

透性足够大，而且介质的几何尺度和湍流涡的尺度没有相互作用，这样的假设是合情合理的

。但是在其它的一些例子中，你会压制了介质中湍流的影响。 如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型，你如果设定湍流对粘性的贡献m_t为零，你

可能会压制了湍流对介质的影响。当你选择这一选项时，FLUENT会将入口湍流的性质传输到

介质中，但是它对流动混合和动量的影响被忽略了。除此之外，在介质中湍流的生成也被设

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fluent边界条件

定为零。要实现这一解策略，请在流体面板中打开层流选项 。激活这个选项就意味着多孔

介质中的m_t为零，湍流的生成也为零。如果去掉该选项（默认）则意味着多孔介质中的湍

流会像大体积流体流动一样被计算。。 概述

模拟多孔介质流动时，对于问题设定需要的附加输入如下： 1. 定义多孔区域

2. 确定流过多孔区域的流体材料

3. 设定粘性系数（多孔介质动量方程3中的1/a_ij）以及内部阻力系数（多孔介质动

量方程3中的C_2_ij），并定义应用它们的方向矢量。幂率模型的系数也可以选择指定。

4. 定义多孔介质包含的材料属性和多孔性

5. 设定多孔区域的固体部分的体积热生成速度（或任何其它源项，如质量、动量）（ 此项可选）。

6. 如果合适的话，多孔区域的湍流粘性。 7. 如果相关的话，指定旋转轴和/或区域运动。 在定义粘性和内部阻力系数中描述了决定阻力系数和/或渗透性的方

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fluent边界条件

法。如果你使用多孔动

量源项的幂律近似，你需要输入多孔介质动量方程5中的C_0和C_1来取代阻力系数和流动方 向。

在流体面板中（下图）你需要设定多孔介质的所有参数，该面板是从边界条件菜单中打开的

（详细内容请参阅边界条件的设定一节）

Figure 1:多孔区域的流体面板

定义多孔区域

正如定义边界条件概述中所提到的，多孔区域是作为特定类型的流体区域来模拟的

。亚表明流体区域是多孔区域，请在流体面板中激活多孔区域选项。面板会自动扩展到多孔 介质输入状态。

定义穿越多孔介质的流体

在材料名字下拉菜单中选择适当的流体就可以定义通过多孔介质的流体了。如果你

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fluent边界条件

模拟组分输运或者多相流，流体面板中就不会出现材料名字下拉菜单了。对于组分计算，所

有流体和/或多孔区域的混合材料就是你在组分模型面板中指定的材料。对于多相流模型，

所有流体和/或多孔区域的混合材料就是你在多相流模型面板中指定的材料。

定义粘性和内部阻力系数

粘性和内部阻力系数以相同的方式定义。使用笛卡尔坐标系定义系数的基本方法是

在二维问题中定义一个方向矢量，在三维问题中定义两个方向矢量，然后在每个方向上指定

粘性和/或阻力系数。在二维问题中第二个方向没有明确定义，它是垂直于指定的方向矢量

和z向矢量所在的平面的。在三维问题中，第三个方向矢量是垂直于所指定的两个方向矢量

所在平面的。对于三维问题，第二个方向矢量必须垂直于第一个方向矢量。如果第二个方向

矢量指定失败，解算器会确保它们垂直而忽略在第一个方向上的第二个矢量的任何分量。所

以你应该确保第一个方向指定正确。

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fluent边界条件

在三维问题中也可能会使用圆锥（或圆柱）坐标系来定义系数，具体如下：

定义阻力系数的过程如下： 1. 定义方向矢量。

l 使用笛卡尔坐标系，简单指定方向1矢量，如果是三维问题，指定方向2矢量。每一

个方向都应该是从(0,0)或者(0,0,0)到指定的(X,Y)或(X,Y,Z)矢量。（如果方向不正确请按 上面的方法解决）

l 对于有些问题，多孔介质的主轴和区域的坐标轴不在一条直线上，你不必知道多孔

介质先前的方向矢量。在这种情况下，三维中的平面工具或者二维中的线工具可以帮你确定 这些方向矢量。

1. 捕捉\"Snap\"平面工具（或者线工具）到多孔区域的边界。（请遵循使用面工具和线

工具中的说明，它在已存在的表面上为工具初始化了位置）。 2. 适当的旋转坐标轴直到它们和多孔介质区域成一条线。

3. 当成一条线之后，在流体面板中点击从平面工具更新或者从线工具更新按钮。FLUE

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fluent边界条件

NT会自动将方向1矢量指向为工具的红（三维）或绿（二维）箭头所指的方向。

l 要使用圆锥坐标系（比方说环状、锥状顾虑单元），请遵循下面步骤（这一选项只 用于三维问题）：

1. 打开圆锥选项

2. 指定圆锥轴矢量和在锥轴上的点。圆锥轴矢量的方向将会是从(0,0,0)到指定的(X,

Y,Z)方向的矢量。FLUENT将会使用圆锥轴上的点将阻力转换到笛卡尔坐标系。

3. 设定锥半角(锥轴和锥表面之间的角度，如下图)，使用柱坐标系，锥半角为0.

Figure 1:锥半角

l 对于有些问题，锥形过滤单元的主轴和区域的坐标轴不在一条直线上，你不必知道

锥轴先前的方向矢量以及锥轴上的点。在这种情况下，三维中的平面工具或者二维中的线工

具可以帮你确定这些方向矢量。一种方法如下：

1. 在点击捕捉到区域按钮之前，你可以在下拉菜单中选择垂直于锥轴矢量的轴过滤单 元的边界区域。

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fluent边界条件

2. 点击捕捉到区域按钮，FLUENT会自动将平面工具捕捉到边界。它也会设定锥轴矢量

和锥轴上的点（需注意的是你还要自己设定锥半角）。 l 另一种方法为：

1. 捕捉\"Snap\"平面工具到多孔区域的边界。（请遵循使用面工具和线工具中的说明，

它在已存在的表面上为工具初始化了位置）。

2. 旋转和平移工具坐标轴，直到工具的红箭头指向锥的轴向。工具的起点在轴上。

3. 当轴和工具的起点成一条线时，在流体面板中点击从平面工具更新按钮。FLUENT会

自动设定轴向矢量以及在轴上的点（注意：你还是要自己设定锥的半角）。

2. 在粘性阻力中指定每个方向的粘性阻力系数1/a，在内部阻力中指定每一个方向上

的内部阻力系数C_2（你可能需要将滚动条向下滚动来查看这些输入）。如果你使用锥指定

方法，方向1为锥轴方向，方向2为垂直于锥表面（对于圆柱就是径向）方向，方向3圆周（ q）方向。

在三维问题中可能有三种可能的系数，在二维问题中有两种： l 在各向同性算例中，所有方向上的阻力系数都是相

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fluent边界条件

等的（如海绵）。在各向同性算

例中你必须将每个方向上的阻力系数设定为相等。

l 在三维问题中只有两个方向上的系数相等，第三个方向上的阻力系数和前两个不等

，或者在二维问题中两个方向上的系数不等，你必须准确的指定每一个方向上的系数。例如

，如果你得多孔区域是由具有小洞的细管组成，细管平行于流动方向，流动会很容易的通过

细管，但是流动在其它两个方向上（通过小洞）会很小。如果你有一个平的盘子垂直于流动

方向，流动根本就不会穿过它而只在其它两个方向上。

l 在三维问题中还有一种可能就是三个系数各不相同。例如，如果多孔区域是由不规

则间隔的物体（如针脚）组成的平面，那么阻碍物之间的流动在每个方向上都不同。此时你

就需要在每个方向上指定不同的系数（请注意指定各向同性系数时，多孔介质的解策略的注 解）。

推导粘性和内部损失系数的方法在定义粘性和内部阻力系数一节中介绍。

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fluent边界条件

当你使用多孔介质模型时，你必须记住FLUENT中的多孔单元是100%打开的，而且你所指定1/

a_ij和/或C_2_ij的值必须是基于这个假设的。然而，假如你知道通过真实装置压降和速度

之间的的变化，它只是部分地对流动开放。下面的练习会告诉你如何对FLUENT模型计算适当 的C_2值。

假定穿孔圆盘只有25%对流动开放。已知通过圆盘的压降为0.5。在圆盘内真实流体速度基础

上，即通过%25开放区域的的基础上，损失系数由下式定义的损失系数K_L为0.5：

要计算适当的C_2值，请注意在FLUENT模型中：

1. 通过穿孔圆盘的速度假定圆盘为100%开放的。 2. 损失系数必须转化为多孔区域每个单位长度的动压头损失。

对于第一条，第一步是计算并调节损失因子K_L'，它应该是在100%开放区域的速度基础上的 ：

或者注意对于相同的流速，v_25% open = 4 v_100% open,

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fluent边界条件

调节之后的损失系数为8。对于第二条，你必须将它转换为穿孔圆盘每个单位厚度的损失系

数。假定圆盘的厚度为1.0 mm。内部损失系数为（国际标准单位）：

注意，对于各向异性介质，这些信息必须分别从每一个坐标方向上计算。

第二个例子，考虑模拟充满介质的流动。在湍流流动中，充满介质的流动用渗透性和内部损

失系数来模拟。推导适当常数的方法包括了Ergun方程[49]的使用，对于在很大范围雷诺数

内和许多类型的充满形式，有一个半经验的关系式：

当模拟充满介质的层流流动时，上面方程中的第二项可能是个小量，从而得到Blake-Kozen y方程[49]：

在这些方程中，m是粘性，D_p是平均粒子直径，e空间所占的分数（即空间的体积除以总体

积）。比较多孔介质中Darcy定律的方程1和内部损失系数为9的方程1，则每一方向上的渗透

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fluent边界条件

性和内部损失系数定义为：

第三个例子我们会考虑Van Winkle等人[146]，[121]的方程，并表明如何通过具有方孔圆盘 的多孔介质输入来计算压力损失。

作者所声明的应用在通过在等边三角形上的方洞圆盘的湍流中的表达式为： 其中：

m(dot)=通过圆盘的质量流速 A_f=剩下的面积或者洞的总面积 A_p=圆盘的面积（固体和洞)

C=对于不同D/t的不同雷诺数范围被列成不同的表的系数 D/t=洞的直径和圆盘厚度的比例

对于t/D > 1.6和Re > 4000，系数C近似为0.98，其中雷诺数是基于洞的直径与速度的 使用下式整理方程17：

除以圆盘的厚度D x = t有：

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fluent边界条件

其中v是表面速度而不是洞内的速度。与多孔介质内部损失系数中的方程1比较可以看出，对

于垂直于圆盘方向，常数C_2可由下式计算：

考虑通过由随机方向的纤维或者玻璃材料组成的垫子或者过滤器的层流。对于可以二选一的

方程Blake-Kozeny(方程11)，我们可能会选择将实验数据列成表。很多类型的纤维都由这一 类相关的数据[70]。

固体体积分数f 玻璃丝织品的无量纲渗透性Q 0.262 0.25 0.258 0.26 0.221 0.40 0.218 0.41 0.172 0.80

其中Q = ，a为纤维直径。使用多孔介质的Darcy定律中的方程1可以很容易从给定的纤维直 径和体积分数种计算出 。

使用幂律模型

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fluent边界条件

对于多孔介质动量源项（多孔介质动量方程中的方程5），如果你使用幂律模型近

似，你只要在流体面板的幂律模型中输入系数C_0和C_1就可以了。如果C_0或C_1为非零值，

解算器会忽略面板中除了多孔介质幂律模型之外的所有输入。

定义热传导

如果你选择在多孔介质中模拟热传导，你必须指定多孔介质中的材料以及多孔性。

要定义多孔介质的材料，向下拉流体面板中阻力输入下面的滚动条，然后在多孔热传导的固

体材料下拉列表中选中适当的固体。

然后在多孔热传导下设定多孔性。多孔性f是多孔介质中流体的体积分数（即介质

的开放体积分数）。多孔性用于介质中的热传导预测，处理方法请参阅多孔介质能量方程的

处理一节。它还对介质中的反应源项和体力的计算有影响。这个源项和介质中流体的体积成

比例。如果你想要模拟完全开放的介质（固体介质没有影响），你应该设定多孔性为1.0。

当多孔性为1.0时，介质的固体部分对于热传导和（或）热源项/反

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fluent边界条件

应源项没有影响。注意：

多孔性永远不会影响介质中的流体速度，这已经在多孔介质的动量方程一节中介绍了。不管

你将多孔性设定为何值，，FLUENT所预测的速度都是介质中的表面速度。

定义源项

如果你想在多孔流动的能量方程中包括热的影响，请激活源项选项并设定非零的能

量源项。FLUENT会计算多孔区域所生成的能量，该能量为能量源项值乘以组成多孔区域的单

元所有体积值。你也可以定义质量、动量、湍流、组分或者其它标量的源项，详细内容请参

阅、质量、动量、能量和其它源项的定义。

在多孔区域内压制湍流源项

如多孔介质的湍流处理中所讨论的，湍流在多孔介质中的计算和大量（bulk）流体

流动是一样的。如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型，你想要压制湍流在多孔区

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fluent边界条件

域的影响可以打开流体区域面板中的层流区域选项（从而使得多孔区域的湍流生成为零）。

指定旋转轴并定义区域运动

旋转轴和区域运动的输入和标准流体区域的输入是相同的，详细情况可以参阅流体 区域的输入一节。

多孔介质的解策略

一般说来，在模拟多孔介质时，你可以使用标准的解算步骤以及解参数的设置。然

而你会发现如果多孔区域在流动方向上压降相当大（比如：渗透性a很低或者内部因子C_2很

大）的话，解的收敛速度就会变慢。这就表明由于动量源项中出现了多孔介质的压降（方程

的矩阵不再是对角占优了），收敛性问题就出现了。解决多孔介质区域收敛性差最好的补救

办法就是对于通过介质的流向压降有一个很好初始预测。猜测的办法之一就是，在介质流体

单元的上游或者下游补偿一个压力值，详细内容请参阅所选单元的补偿值一节。必须记住的

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fluent边界条件

是，当补偿压力时，你所输入的压力可以定义为解算器所使用的gauge压力（即在操作条件

面板中定义的相对于操作压力的压力）。

另一个处理收敛性差的方法是临时取消多孔介质模型（在流体面板中关闭多孔区域

）然后获取一个不受多孔区域影响的初始流场。取消多孔区域后，FLUENT会将多孔区域处理

为流体区域并按相应的流体区域来计算。一旦获取了初始解，或者计算很容易收敛，你就可

以激活多孔模型继续计算包含多孔区域的流场（对于大阻力多孔介质不推荐使用该方法）。

对于高度各向异性的多孔介质，有时会造成收敛性的麻烦。对于这些问题你可以将

多孔介质的各向异性系数（1/a_ij和C_2_i,j）在二阶或者三阶的量级。即使在某一方

向上介质的阻力为无穷大，你也不需要将它设定超过初始流动方向上的1000倍。

多孔介质的后处理

可以通过检查速度分量和压力值来确定多孔区域对于流场的影响。你可能对下列变

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fluent边界条件

量或函数的图形（XY图，等值线图或者矢量图）或者文档报告感兴趣：

l X,Y,Z速度（在速度类别中） l 静压（在压力类别中）

这些变量会在后处理面板的变量选择下拉菜单制定类别中出现。 需要注意的是多孔区域的热报告不影响固体介质的属性。所报告的多孔区域内的热

容、传导率以及焓是流体的属性不包括固体介质的影响。 排气扇边界条件

排气扇模型是集总模型，可用于确定具有已知特征的排气扇对于大流域流场的影响

。排气扇边界类型允许你输入控制通过排气扇单元头部（压升）和流动速率（速度）之间关

系的经验曲线。你也可以制定排气扇旋转速度的径向和切向分量。排气扇模型并精确模拟经

过排气扇叶片的详细流动。它所预测的是通过排气扇的流量。排气扇的使用可能和其它流动

源项关联，或作为模拟中流动的唯一源项。在后面的算例中，系统的流动速度由系统的损失

和排气扇曲线之间的相互平衡决定。

FLUENT还提供了与用户自定义模型之间的连接，这个模型在计算时

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fluent边界条件

更新了压力跳跃

函数。该功能在自定义排气扇模型一节介绍。

排气扇方程

模拟通过排气扇的压升

在FLUENT的排气扇模型中，排气扇被看成无限薄，通过排气扇的不连续压升被指定

为通过排气扇速度的函数。它们之间的关系可能是常数，多项式、分段线性函数或者分段多

项式函数，也可以是自定义函数。 多于多项式情况，关系式为：

其中D p为压力升高（单位：Pa），f_n为压力跳跃多项式系数，v垂直于排气扇的

当地流体速度。速度v既可以是正也可以是负。你必须正确的模拟排气扇以保证从排气扇流

过之后流体有个压力升高的现象。

对于排气扇区域内所有表面，你可以选择使用垂直于排气扇的质量平均速度来确定 单独的压力跳跃值。

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fluent边界条件

模拟排气扇漩涡速度

对于三维问题，对流的切向何径向速度值可以加到排气扇表面来产生涡流。这些速

度可以指定为到排气扇中心的径向距离的函数。它们之间的关系可以是常数、多项式函数或

者自定义函数。注意：所有涡流速度输入都使用国际单位。

对于多项式函数，切向何径向速度公式为：

其中U_q和U_r分别为排气扇表面的切向和径向速度，单位为。m/s，f_n和g_n是切

向和径向速度的多项式系数，r为到排气扇中心的距离。

排气扇的用户输入 概述

一旦排气扇区域被确定（在边界条件面板），你需要在排气扇面板（下图）中设定

所有的模型输入。该面板是从边界条件菜单中打开的，详细内容清参

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fluent边界条件

阅边界条件的设定一节 。

Figure 1: 排气扇面板 对于排气扇，需要输入如下： 1. 确定排气扇区域

2. 定义通过排气扇的压力跳跃

3. 为排气扇定义离散相边界条件（对于离散相计算） 4. 需要的话，定义漩涡速度（只用于三维）

确定排气扇区域

因为排气扇被定义为无限薄，所以它必须被模拟为单元之间的界面而不是单元区域

。因此排气扇区域是内部表面区域类型（其中表面是是二维中的线段或者三维中的三角形/

四边形）。当你将网格读入到FLUENT中时，如果排气扇区域被确定为内部区域，请使用边界

条件（见改变边界区域类型）将适当的内部区域改变为排气扇区域。菜单：Define/Boundar

y Conditions...。内部区域改变为排气扇区域后，你可以打开排气扇面板并指定压力跳跃

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fluent边界条件

，以及（可选）漩涡速度。

定义压力跳跃

要定义压力跳跃，你需要指定速度的多项式函数、分段线性函数、分段多项式函数

或者常数，也可以是自定义函数。你还应该检查区域平均方向矢量，保证流过排气扇有个压

力升高。由解算器计算的区域平均方向是排气扇区域的表面平均方向矢量。如果这个方向指

向和排气扇吹的方向一致就不用选择排气扇翻转方向了，否则选择排气扇翻转方向。

对于压力跳跃，请遵循下面的步骤定义多项式函数、分段线性函数、分段多项式函 数：

1. 检查排气扇面板，其中的压力跳跃轮廓指定选项是关闭的。

2. 在压力跳跃右边的下拉菜单中选择多项式、分段线性或者分段多项式（如果所所要

选择的类型已被选中，你就可以点击编辑按钮打开定义函数的面板了）。

3. 在定义压力跳跃函数的面板中（如下图）输入适当

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fluent边界条件

的数值。这些轮廓输入面板和温

度相关属性的轮廓输入面板用法相同。请参阅使用温度相关函数定义属性来查看如何使用它 。

Figure 1: 压力跳跃定义的多项式轮廓面板

4. 设定下面所述的任何可选参数（此步可选）。

当你用这些函数的任何类型来定义压力跳跃时，你可以限定计算压力跳跃的速度值

的最大和最小极限。打开多项式速度范围极限选项就可以设定速度范围的最大最小值了。如

果计算的法向速度范围超出了你所指定的最大/最小速度范围，那么解算器就会用极限值来 替换它。

你也可以选用垂直于风扇的质量平均速度来确定风扇区域内所有表面的单一的压力

跳跃值。打开从平均条件计算压力跳跃可以激活这个选项。 要定义常数压力跳跃，请遵循如下步骤：

1. 在排气扇面板中打开指定压力跳跃轮廓选项。 2. 在压力跳跃右边的下拉菜单中选择常数。 3. 输入压力跳跃场中的D p值。

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fluent边界条件

如果更方便的话，你也可以使用如下步骤： 1. 打开压力跳跃的轮廓指定选项。

2. 在压力跳跃轮廓下面的下拉菜单中选择常数，然后输入压力跳跃轮廓场的D p值。

对于自定义压力跳跃函数或者边界轮廓中定义的函数，请遵循如下步骤：

1. 打开压力跳跃的轮廓指定选项。

2. 在压力跳跃轮廓下面的下拉菜单中选择适当的函数，然后输入压力跳跃轮廓场的D p值。

关于自定义函数的信息请参阅自定义函数一节，关于边界轮廓文件的信息请参阅边界轮廓一 节。

下面的例子告诉了我们如何确定压力跳跃的函数。考虑简单的二维管流（如图2）。进入长2

.0m宽0.4m的导管的常密度空气的速度为15 m/s。管的中心是个排气扇。

Figure 2: 定位于二维导管的排气扇

当风扇的转速是2000rpm时，假定风扇的特征如下： Q (m^3/s)D p (Pa) 250.0

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20175 15350 10525 5700 0875

其中Q时通过风扇的流动，D p时通过风扇的压升。在本例中，风扇的特征为压力升高和速度

呈线性关系。要将这些特征转换为压力和速度的关系，必须知道风扇的截面信息。在本例中

，假定导管是1.0米深，面积为0.4平方米。相应的速度值如下： v (m/s)D p (Pa) 62.50.0 50.0175 37.5350 25.0525 12.5700 0875

下面的对于一条线的方程是关系的多项式形式：

为风扇定义离散相边界条件

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fluent边界条件

如果你是模拟粒子的离散相问题，你可以设定粒子在风扇处的轨迹。关于边界条件

的设定清参阅离散相边界条件一节。

定义排气扇旋转速度

如果你想在风扇表面设定切向和径向速度来产生三维问题中的涡流，步骤如下：

1. 在排气扇面板打开漩涡速度指定选项。

2. 定义轴的起始点（风扇的起始点）和方向矢量（风扇的旋转轴）来指定风扇的旋转 轴。

3. 设定风扇旋转轴的半径值。默认为 以避免多项式中出现除零问题。

4. 设定切向和径向速度为半径的多项式函数，常数值或者自定义函数。

注意：涡流的速度输入必须是国际标准单位。

要定义切向和径向速度的多项式函数，步骤如下：

1. 在排气扇面板中，检查切向速度的轮廓指定或者径向速度的轮廓指定选项是关闭的 。

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fluent边界条件

2. 输入模拟排气扇涡流中的方程1的系数f_n，或者在切向或径向速度多项式系数框中

模拟风扇漩涡速度的方程3的g_n。首先输入f_-1然后是f_0等。记住用空格符将每一个系数 分开，第一个系数是(1/r)。

要定义常数切向或者径向速度，步骤如下：

1. 在排气扇面板中打开切向速度或者径向速度的轮廓指定选项。

2. 在切向或者径向速度轮廓中选择常数。

3. 在切向或者径向速度轮廓中输入相应的U_q或者U_r值。

如果更方便的话，你可以遵照如下步骤：

1. 在排气扇面板中打开切向速度或者径向速度轮廓指定选项。

2. 在切向或者径向多项式速度系数中输入U_q或者U_r的值。

对于自定义切向或者径向速度函数或者包括边界轮廓的文件的函数，步骤如下：

1. 打开切向速度或者径向速度的轮廓指定选项。 2. 在切向或者径向速度轮廓下拉列表中选择适当的函数。

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fluent边界条件

如果你是自定义函数的信息，请参阅自定义函数一节，关于边界轮廓的信息请参阅 边界轮廓文件一节。

排气扇的后处理

报告通过排气扇的压升

你可以使用表面整合面板报告通过排气扇的压升，具体请参阅表面整合一节。共有两步：

1. 在风扇区域的每一边创建一个界面。使用变形界面面板(参阅变形表面一节)分别向

上和向下稍微平移一下风扇区域，从而创建两个新的界面。 2. 在界面整合面板中，报告上游和下游界面的平均整合压力（使用平均选项）。这样 你就可以计算通过风扇的压力变化了。

图形绘制

图形绘制报告对风扇所感兴趣的是：

1. 静压和静温的轮廓或等值线图。 2. 静压和静温的XY 图与位置的比较。

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fluent边界条件

图形和可视化一章解释了如何产生数据的图形显示。

注意：生成这些图形时要保证关闭所有节点值的显示，以便于你在风扇的每一个边

可以看到不同的值。（如果你显示节点值，风扇两边的单元值会被取平均来获取节点值，这

样你就看不到通过风扇的压力跳跃和其它现象了。

辐射边界条件

FLUENT中有热交换单元（如散热器和冷凝器）的集总参数模型。散热器边界类型允许你指定

压降和热传导系数为垂直于散热器的速度的函数。关于FLUENT所提供的热交换模型的更多详 细信息，请参阅热交换模型一节。

散热器方程

模拟通过散热器的压力损失

FLUENT中所模拟的散热器被认为是无限薄，通过散热器的压降假定与流体的动压头成比例，

并具有你所提供的损失系数的经验公式。也就是说，压降D p与通过散热器的法向速度v分量

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fluent边界条件

的关系为：

其中r为流体密度，k_L为无量纲损失系数，它可以指定为多项式函数、分段线性函数或者分 段多项式函数。

对于多项式函数，有下式：

其中r_n为多项式系数，v为垂直于散热器的当地流体速度的大小。

模拟通过散热器的热传导

从散热器到周围流体的热流量为：

其中q为热流量，T_HX 为热交换器（散热器）温度，T_exit为流出流体的温度。对流热传导

系数h可以指定为常数、多项式函数、分段线性函数或者分段多项式函数。

对于多项式，关系式的形式如下：

h_n为多项式系数，v为垂直于散热器的当地流体速度的大小（单位m/s）。

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fluent边界条件

实际的热流量（q）或者热传导系数和散热器温度（h, T_HX）都可以指定。q（可以是输入

值也可以是用方程1计算出的值）为热流在整个散热器表面的积分。

要模拟散热器的热行为，你必须提供热传导系数h的详细表达式，它是通过散热器的流体速

度v。要获取这个表达式考虑热平衡方程： 其中

q=热流量(W/m^2)

m(dot)=流体质量流速(kg/s) c_p=指定的流体比热容(J/kg-K) h=经验热传导系数(W/m^2K) T_exit=出口流体温度(K) T_HX=热交换器(如水边)温度(K) A=热交换器前缘面积(m^2) 方程5可以写成：

因此，热传导系数h可以计算为：

或者根据流体速度：

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fluent边界条件

散热器需要的输入 概述

一旦在边界条件面板中确定了散热器区域，你就该在散热器面板（下图）中为散热器模型的

各项设定输入相应内容了。该面板是从边界条件菜单中打开的，详细情况请参阅设定边界条 件一节。

Figure 1:散热器面板 散热器需要输入如下：

1. 确定散热器区域 2. 定义压力损失系数

3. 定义热流量或者热传导系数和散热器温度 4. 为散热器定义离散相边界条件（对于离散相计算）

确定散热器区域

因为散热器被定义为无限薄，所以它必须被模拟为单元之间的界面而

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fluent边界条件

不是单元区域

。因此排气扇区域是内部表面区域类型（其中表面是是二维中的线段或者三维中的三角形/

四边形）。当你将网格读入到FLUENT中时，如果散热器区域被确定为内部区域，请使用边界

条件（见改变边界区域类型）将适当的内部区域改变为散热器区域。菜单：Define/Boundar

y Conditions...。内部区域改变为散热器区域后，你可以打开散热器面板并指定损失系数 ，以及热流量的信息。

定义压力损失系数函数

要定义压力损失系数k_L，你可以指定速度的多项式函数、分段线性函数、分段多项式函数 或者常数。

遵循下面的步骤来设压力损失系数的多项式函数、分段线性函数或分段多项式函数：

1. 在损失系数右边的下拉列表中选择多项式函数、分段线性函数或分段多项式函数（

如果你所需要的函数类型已经选中，点击编辑按钮打开定义函数的面板。

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fluent边界条件

2. 在定义损失系数函数的面板中（如下图）输入适当的数值。这些轮廓输入面板和温

度相关属性的轮廓输入面板用法相同。请参阅使用温度相关函数定义属性来查看如何使用它 。

Figure 1:损失系数定义的多项式轮廓面板 设定常数损失系数步骤如下：

4. 在损失系数右边的下拉菜单中选择常数。 5. 在损失系数中输入k_L的值。

下面的例子告诉你如何确定损失系数函数。考虑通过水冷却散热器的简单的空气二维管流， 如下图：

Figure 2:散热器的简单管流r

首先必须经验地知道散热器的特征。在这个例子中，所模拟的散热器的测试数据如下表，水

边的流速为7 kg/min，入口水的温度为400.0 K。要计算这个损失系数，创建一个动压头（(

1/2)r v^2）的表格是很有帮助的，动压头是压降D p以及这两个值的比k_L（在通过散热器

损失系数的模拟一节中的方程1中）的函数。 (图2中定义的空气密

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fluent边界条件

度为1.0 kg/m^3。)简化 的数据在表二中。 表一：空气边散热器数据

VelocityInlet TempExit TempPressure Drop (m/s)(K)(K)(Pa) 5.0300.0330.075.0 10.0300.0322.5250.0 15.0300.0320.0450.0 表二：简化的散热器数据

v (m/s)(1/2)r v^2 (Pa)D p (Pa)k_L 5.012.575.06.0 10.050.0250.05.0 15.0112.5450.04.0

损失系数是速度的线性函数，随着速度的增加而减少，关系式的形式为：

其中v在这里是通过散热器的绝对速度值。

定义热流量参数

正如散热器方程所提到的，你可以在热流量框中定义真实的热流量（q）也可以设定热传导

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fluent边界条件

系数和辐射温度（h, T_HX）所有的输入都在散热器面板中。

要定义热流量，指定温度为0，然后设定热流量为常数值。 要设定温度，在温度框中输入T_HX的值。要定义热传导系数，你可以指定速度的多项式函数

、分段线性函数或分段多项式函数或者常数值。

指定速度的多项式函数、分段线性函数或分段多项式函数或者常数值来定义热传导系数，步 骤如下：

1. 在热传导系数右边的下拉菜单中选择多项式、分段线性或分段多项式。（如果你所

要使用的函数类型已经被选中，你可以点击编辑按钮打开你所定义的函数的面板）。

2. 在热传导系数函数定义的面板中输入适当的值。这些轮廓输入面板和温度相关属性

的轮廓输入面板用法相同。请参阅使用温度相关函数定义属性来查看如何使用它。

要定义常数热传导系数，步骤如下：

1. 在热传导系数下拉列表中选择常数。 2. 在热传导系数框中输入h的值。

下面的例子告诉你如何设定热传导系数。考虑通过水冷却散热器的简

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fluent边界条件

单的空气二维管流。

在定义压力损失系数的表一的数据以及空气密度值（1.0 kg/m^3）和指定的热（1000 J/kg-

K) 可用于获取下面的的值，它们可用于计算热传导系数h： Velocityh (m/s)(W/m^2K) 5.02142.9 10.02903.2 15.03750.0

热传导系数符合速度的二阶多项式关系（与上面的点相符），形式如下：

其中v在这里是通过散热器的绝对速度值。

为散热器定义离散相边界条件

如果你模拟粒子的离散相，你可以在散热器中设定粒子的轨迹，详细内容请参阅离散相边界 条件的设定一节。

散热器的后处理

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fluent边界条件

报告散热器的压降

你可以使用表面整合面板来报告通过散热器的压降，具体请参阅表面整合一节。共 分两步来处理：

1. 在散热器区域的每一边创建一个界面。使用变形界面面板(参阅变形表面一节)分别

向上和向下稍微平移一下风扇区域，从而创建两个新的界面。 2. 在界面整合面板中，报告上游和下游界面的平均整合静压（使用平均选项）。这样 你就可以计算通过风扇的压力变化了。

要检查这个数值和通过散热器压力损失模拟中的方程1的预期值比较的话，你可以使用界面

整合面板报告通过散热器的平均法向速度。（如果散热器和x，y或z轴不在一条线上，你需

要使用自定义流场函数计算器来为垂直于散热器的速度生成一个函数。一旦你有了平均法向

速度，你就可以使用模拟通过散热器压力损失中的方程3来确定损失系数，然后用模拟通过

散热器压力损失中的方程1来计算所预期的压力损失。

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fluent边界条件

报告散热器中的热传导

要确定通过散热器的温度，请参阅报告散热器压降产生散热器上游下游的界面的大

致步骤。然后是用界面整合面板（关于压降报告的）报告每一个表面上的平均静温。然后你

就可以计算通过散热器的温度了。

图形显示

你所感兴趣的散热器的图形报告有：

l 静压和静温的轮廓或等值线图 l 静压和静温的XY 图与位置的比较

图形和可视化一章解释了如何生成数据显示图形。

注意：生成这些图形时要保证关闭所有节点值的显示，以便于你在散热器的每一个

边可以看到不同的值。（如果你显示节点值，散热器两边的单元值会被取平均来获取节点值

，这样你就看不到通过散热器的压力跳跃和其它现象了。

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fluent边界条件

多孔跳跃边界条件

多孔跳跃条件用于模拟已知速度/压降特征的薄膜。它本质上是单元区域的多孔介

质模型的一维简化。应用的实例有：模拟通过筛子和过滤器的压降，不考虑热传导影响的散

热器模拟。我们应该尽可能的使用这一简化模型（取代完全的多孔介质模型），因为它具有

很好的鲁棒性（robust）和收敛性。

薄膜介质是具有有限厚度的，通过它的压力变化定义为Darcy定律和附加内部损失 项的结合：

其中，m是层流流体粘性，a是介质的渗透性，C_2为压力跳跃系数，v是垂直于介质

表面的速度分量，D m为薄膜的厚度。C_2的适当值可以用多孔介质用户输入中所介绍的技巧 来求得。

多孔跳跃模型的用户输入

一旦在边界条件面板中指定了多孔跳跃区域，你就需要在多孔跳跃面

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fluent边界条件

板中（如下图）设定所

有的模型输入。这个面板是从边界条件菜单中打开的，详细方法请参阅设定边界条件一节。

Figure 1: 多孔跳跃面板 多孔跳跃模型需要输入如下： 1. 确定多孔跳跃区域

2. 设定介质的表面渗透性（多孔跳跃边界条件的方程1）

3. 设定多孔介质厚度（D m）。

4. 设定压力跳跃系数（C_2）。注意：此项输入不管你是用什么单位系统，所输入的 值都要是国际标准单位对应的值。

5. 为多孔跳跃定义离散相边界条件（对于离散相计算）

多孔介质的一维化简模型，被称为多孔跳跃，可用于模拟具有已知速度/压降特征的薄膜。

多孔跳跃模型应用于表面区域而不是单元区域，因此多孔跳跃区域是内部表面区域类型（表

面在二维中是线段，在三维中是三角形或四边形）。如果多孔跳跃区域没有被确认（也就是

说它被确认为其它内部表面区域类型）或者读入网格时为默认，你就

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fluent边界条件

需要使用边界条件来将

适当的表面区域改为多孔跳跃区域。菜单为：Define/Boundary Conditions...。

改变区域类型的程序在改变区域类型一节中介绍了，一旦区域被改成多孔跳跃区域

，你就可以打开多孔跳跃面板（见设定边界条件一节）来指定上面所列的所有参数。

如果你模拟粒子的离散项模型，你可以在多孔跳跃区域设定粒子的轨迹。详细内容

请参阅离散相边界条件的设定一节。

多孔跳跃的后处理

和多孔介质的后处理一样，请参阅相关内容

热交换模型 气候控制和工程冷却系统是典型的包含热交换器核心的例子。然而，对于大多数工 程问题， 要模拟个别的散热片或者热交换核心的管道是不切合实际的。从原则上讲，热交 换核心增加了热量并对空气流引入了压降。在FLUENT中，集总参数模型用于说明压力损失和 冷却剂热损(失)耗。热交换模型的冷却剂模型为单相。该模型用于计算冷却剂对于固定 热损耗的入口温度或者对于固定的

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fluent边界条件

冷却剂入口温度的总的热损耗。 热交换模型概述 对于典型的热交换核心，冷却剂温度在冷却剂流动方向上是分层的。因此]，热损 耗在整个核心上并不是常数。在FLUENT中，描述热交换器核心的流体区域被再细分为几个沿 着冷却路径的肉眼可见的单元以及防热瓦（见图一）。计算出相对于每一个防热瓦的冷却剂 入口温度，然后用于计算每一个防热瓦的热损耗。这种方法可以很真实地提供热交换核心周 围的热损耗分布。 要使用热交换模型，你必须定义描述如交换核心的流体区域。最为典型的处理是将流体区域 的尺寸设定为核心自己的尺寸。作为程序的一部分，你需要定义冷却剂的路径，防热瓦的数 量、核心的物理性质和操作条件（压降参数、热交换效力，冷却剂流速等）。定义完模型之 后，FLUENT会自动将流体区域设为多孔区域。 Figure 1: 核心被离散为 的防热瓦 热交换模型理论 在FLUENT中，热交换核心被处理成具有动量转移和热转移的流体区域。压力损失在 动量方程中被模拟为动量损失项，热传导在能量方程中被模拟为热源项。 流向压降 在热交换器模拟中，压力损失用多孔介质模型来模拟。多孔介质的输入是在你向热 交换器模型中输入的基础上自动设定的。流向压降可以表示为： 其中 =流向压力梯度 f=流向压力损失系数 r_m=平均空气密度 U_A_min=在最小流动面积处的空气速度 压力损失系数由下式计算： 其中： s=最小的流到界面区域比例 K_c=入口损失系数 K_e=出口损失系数 A=空气边界面面积 A_c=通过流动区域的最小截面 f_c=核心的摩擦系数 当设定热交换模型时，你需要指定这些参数。 在方程3中，核心摩擦系数定义为： 其中： a=核心

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fluent边界条件

摩擦系数 b=核心摩擦指数 Re_min=对于最小流动面积处速度的雷诺数 在设定热交换模型时，你需要指定核心摩擦系数与指数。 方程5中的雷诺数定义为： 其中： r_m=平均空气密度 m_m=平均空气粘性 D_h=水力学直径 U_A_min=在最小流动面积处的空气速度 对于热交换器核心，水力学直径可以定义为： 注意：U_A_min可由下式计算： 其中U是空气速度，s是流过表面面积比的最小流动。 热损耗 在防热瓦每个单元的热损耗被计算出来，然后作为源项加到空气流动的能量方程中。给定单 元的热量转移由下式计算： where e=热交换器效力 (m(dot) c_p)_air=空气热容速度(流速乘以指定的热容 T__in=冷却单元的防热瓦的冷却剂入口温度 T_cell=单元温度 从防热瓦的热损耗为防热瓦所有单元的总热量转移之和： 从热交换核心的热损耗为所有防热瓦的热损耗之和： 每个防热瓦的冷却剂入口温度（方程1中的T）是基于冷却剂流动的能量平衡计算得到的。对 于给定防热瓦： 其中T__in和T__out分别为防热瓦内冷却剂的入口和出口温度。T__out是下一个防热瓦的入 口温度。 假定第一个防热瓦（Macro 0）在冷却剂核心的入口处（参阅热交换模型概述中的图1）当从 热交换器核心的热损耗被指定后，开始迭代计算第一块防热瓦的入口温度，以便于使得方程 1、3、5、7同时满足。当固定入口冷却剂温度指定之后，第一块防热瓦的入口温度也就定了 。热量的增加从方程1计算出来，下一块防热瓦的冷却剂入口温度由方程7计算得到。 假设和约束 在热交换模型中作如下假设： l 热交换器的效力e是为完全的热交换器定义的，可

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以应用于由计算单元所描述的热 交换器的一小部分中。 l 空气热容量速度(m(dot) c_p)小于冷却剂热容量速度。 l 单元温度（即单元质心值）可用于替代进入单元的流涕的温度。 l 在计算压力损失系数时，流体加速的影响可以忽略。 l 冷却剂限定为单相。 使用热交换模型 设定热交换模型的步骤为： 1. 在能量面板中激活能量计算，菜单：Define/odels/nergy...。 2. 使用热交换器面板（下图）指定热交换模型的输入，菜单：Define/ser-Defined/e at Exchanger...。 Figure 1: 热交换器面板 3. 选择描述热交换核心的流体区域。 4. 指定热交换核心的尺寸 5. 指定冷却剂入口和通道到通道方向 6. 定义防热瓦网格 7. 指定冷却剂属性和条件 8. 指定热交换核心的压降参数和效力 9. 在热交换器面板中点击设定按钮保存所有的设定。 10. 对于其它热交换器流体区域重复以上步骤 。 选择热交换区域 在流体区域下拉列表中选择你所要定义的热交换器的流体区域。 指定热交换核心的维度 设定热交换核心的宽度、高度和深度。高度为沿着冷却剂入口的方向定义（见定义防热瓦中 的图1），宽度方向定义为通道到通道方向。 指定冷却剂入口和通道到通道方向 要定义冷却剂方向和流动路径，你需要指定冷却剂入口和通道到通道方向的方向矢量。定义 防热瓦一节中的图1表明了相对于防热瓦的这些方向 如果热交换器核心的主轴和

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区域坐标轴不在一条直线上，你不必知道先前的冷却剂入口和通 道到通道方向的方向矢量。在这种情况下，平面工具可以帮你确定这些方向矢量。 1. 捕捉平面工具到热交换器核心的边界（请遵照初始平面工具一节中有关于在已有表 面上初始化工具位置的相关内容）。 2. 适当的平移和旋转工具的轴，直到它们和热交换器核心的主要方向成一条线。流向 的方向用红轴确定，冷却剂入口方向为绿轴，通道到通道方向用蓝轴。 3. 一旦轴在一条线上，在热交换器面板中点击从面板工具更新按钮。方向矢量会自动 设定（注意：从面板更新按钮也会设定热交换器核心的高度、宽度和深度）。 定义防热瓦 正如热交换模型概述中所讨论的，描述热交换核心的流体区域被分成多块防热瓦。防热瓦的 创建是基于指定通道数目、每一个通道的防热瓦数目以及相应的冷却剂入口和通道到通道方 向（见图1）。防热瓦在冷却剂流动方向上从0开始计数直到n-1，n为防热瓦数量。 Figure 1: 的防热瓦 在热交换模型面板中，指定通道数量以及每个通道防热瓦的数量。模型会自动标定你指定了 深度的热交换器核心的防热瓦数目。 你可以通过显示防热瓦来查看冷却剂的路径。为了看到你指定了通道数和每个通道的防热瓦 数的所有防热瓦，你可以点击面板底部的设定按钮。然后点击查看通道按钮来显示它。冷却 剂路径使用颜色来标定，第一个防热瓦为红色，最后一个为蓝色。 对于有些问题，尤其是复杂几何外形的问题，你可能需要在防热瓦图中包括几部分计算区域 网格，作为空间参考点。例如，你可能要显示沿着防热瓦的入

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口和出口的位置。要实现这一 目的，你只需要打开画网格选项，自动弹出网格选项面板，然后可以在那里设定网格显示参 数。当你在热交换器面板中点击察看通道按钮，网格显示面板中定义的网格显示会被包含在 防热瓦图形中（见下图）。 Figure 2:带防热瓦的网格显示 指定冷却剂性质和条件 要定义冷却剂性质和条件，你需要分别指定热损耗一节中方程7的冷却剂流速，热量(m(dot )和c_p，以及热损耗和初始温度（模拟固定热损耗时）或者入口温度（模拟固定的入口冷却 剂温度时）。 l 如果你要在指定热损耗的基础上用FLUENT计算冷却剂入口温度：步骤如下。 n 激活固定热损耗选项。 n 指定热损耗（热损耗一解方程5中的q_total）。. n 指定初始温度，它将被FLUENT用于初始入口温度的预测（热损耗一节中方程1和方 程7的T__in）。 l 如果你要用给定的入口冷却剂温度来计算核心的总热损耗，步骤如下： 1. 激活固定入口温度选项 2. 指定入口温度（热损耗一节中方程1和方程7的T__in）。 设定压降参数和效力 压降参数和效力定义了热交换器核心的模型。共有三种方法来指定热交换器核心模型的参数 ： l 使用FLUENT磨人的热交换核心模型的参数。 l 用自己的值来定义新的热交换核心模型。 l 从外部文件中读入热交换核心模型。 你所定义的模型会保存在case文件中 FLUENT为典型的热交换核心提供了默认的设定。要保留这些设置，只需要在热交换器面

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板中 的热交换器核心下拉列表选择保留默认模型即可。（在热交换模型面板中你可以看到热交换 核心的默认参数，具体请参阅设定压降参数和效力一节。） 如果你想要定义设定压降参数和效力，这和默认的热交换核心模型是不同的，你可以创建自 己的新模型，创建新模型的方法如下： 1. 在热交换核心模型下拉菜单的右边电机编辑按钮，打开热交换模型面板（下图） Figure 1: 热交换模型面板 2. 在面板顶部的名字框中输入新模型的名字 3. 在空气边压降中指定流向压降一节中的方程3中的下面参数： Min Flow to Face Area Ratio (s) Entrance Loss Coefficient (K_c) Exit Loss Coefficient (K_e) Air Side Surface Area (A) Min Cross Section Flow Area (A_c) 以及流向压降一节中的方程5的 the Core Friction Coefficient和Core Friction Exponent （a和b）。 4. 在效力框中，指定热核心的效力（热损耗一节中的方程1）为常数或者包含n个点的 分段线性轮廓。 l 要指定常数效力，保留默认的点数，并在效力框中指定值。 l 为效力指定轮廓，步骤如下： 1. 在轮廓中指定点数 2. 对于每个点输入速度和相应的效力 5. 点击改变/创建按钮，将你的新模型添加到数据库中。 你可以从外部为你的热交换核心读入参数。下面是一个例子： (\"modelname\" (0.73 0.43 0.053 5.2 0.33 9.1 0.66) ((1 1.0 .6234) (2 2.0 0.5014) (3 3.5 0.3932) (4 5.0 0.3244) (5 6.5

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0.2762) (6 8.0 0.2405) (7 10.0 0.2050) (8 12.0 0.1785) (9 15.0 0.1495))) 文件的第一条为模型的名字（比如：modelname），第二个设定的数包含了空气边 压降参数：(s K_c K_e A A_c a b) 。第三条为一组描述效力轮廓的点。每一个轮廓 中的点具有如下格式： (point velocity effectiveness)。 在这个例子文件中，效力轮廓中指定了九个点。 要读入外部热交换器文件，步骤如下： 1. 在热交换器模型面板中点击读入按钮。 2. 点击选择文件对话框，指定HXC参数文件名，并点击OK。FLUENT会读入热交换器核 心模型参数，并将新的模型参数加入到数据库。 要察看你所定义的热交换器模型的相关数据，请在数据库下拉列表（热交换器模型面板）中 选择模型名字。数据库中关于该模型的值会在热交换模型面板中显示出来。 热交换模型的后处理 要察看你的热交换核心的总热损耗、出口温度以及入口温度的值，你

可

以

用

下

面

的

命

令

：

define/models/heat-exchanger/heat-exchanger-report。当提示时，指定你想要计 算结果的流体区域（如：1）。 边界轮廓 FLUENT提供了非常灵活的边界轮廓定义机制。这一功能允许你用写轮廓面板（参阅 读写轮廓文件一节），使用实验数据、外部程序产生的数据或者先前解写入的数据作为变量 的边界条件。 边界轮廓指定类型 提供了四种轮廓 l 点轮廓由一组无序的n（ ）个点指定。使用写轮廓面板以及随机排列的实验数据写 入的轮廓就是点轮

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廓的例子。FLUENT会在点云中插值来获取所需的边界表面的值。对于非结 构点数据为零阶插值。换句话说，对于边界的每一个单元表面，解算器使用轮廓文件中离单 元最近的点。因此，如果你对入口轮廓有明确的指定，你的轮廓文件应该有足够高的点密度 。 l 线轮廓是为二维问题指定的，它使用了n个有序的点(x_i,y_i,v_i)，其中 。点与 点之间采用零阶插值。从外部程序计算边界层所获得轮廓数据就是线轮廓的例子。 l 网格轮廓是为三维问题指定的m乘以n的网格点，其中 ， 。点与点之间是零阶插值 。从结构网格解和规则阵列实验数据中获取的数据轮廓就是网格轮廓的例子。 l 放射状轮廓是为二维或者三维问题指定的，它使用了一组有序的点(r_i,v_i)其中 。放射状轮廓中的数据只是半径的函数。点与点之间使用线性插值。柱坐标系的轴向确定 的方法如下： l 对于二维问题，为通过(0,0)点的z向矢量。 l 对于二维轴对称问题，为通过(0,0)点的x向矢量。 l 对于包含旋转风扇的三维问题，它就是风扇面板中定义的风扇轴（除非你在边界处 使用下面所介绍的当地柱坐标系）。 l 对于不包含旋转风扇的三维问题，它为流体面板中定义的邻近流体区域的旋转轴（ 除非你在边界处使用下面所介绍的当地柱坐标系）。 l 对于使用当地柱坐标系指定边界处条件的三维问题，它为所指定的当地柱坐标系的 轴。 边界轮廓文件格式 轮廓文件的格式相当简单。文件可以包含任意数量的轮廓。

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每一个轮廓都包含指定的轮廓名 ，轮廓类型（点、线、网格或者辐射），以及定义点的数目作为轮廓头，后面是任意数量名 字为\"fields\"的行。其中的一些fields包含坐标点，剩下的包含边界条件。需要注意的是所 有的量，包括坐标值都必须是国际标准单位，因为读入轮廓文件是没有执行单位转换。圆括 号用于划分轮廓和轮廓中的场。用跳格符（tab）、空格符或者回车符可以分割单元。 在下面所描述的一般的格式，\"|\"表示你只能选择\"|\"所分隔开的一个选项。 ((pro point|line|radial n) (field1-name a1 a2 ... an) (field2-name b1 b2 ... bn) . . . (fieldf-name f1 f2 ... fn)) ((pro mesh m n) (field1-name a11 a12 ... a1n a21 a22 ... a2n . . . am1 am2 ... amn) . . . (fieldf-name f11 f12 ... f1n f21 f22 ... f2n . . . fm1 fm2 ... fmn)) 点、线或者网格类型的轮廓必须包含名字为x，y或者z（对于三维问题）的场。辐射类型的 轮廓必须包含名字为r的场。剩下的名字是任意的，不过必须是Scheme符号。如果轮廓类型 丢失的话，为了与老版本的轮廓文件兼容，将该文件假定为点轮廓文件。 例子 边界轮廓文件的最典型的使用就是定义入口的边界层。对于可压流计算，就可以用总压、k 和e来指定轮廓。对于不可压流，指定流向速度和k、e更好。下面就是一个例子。 ((turb-prof

point

8)

(x

4.00000E+00 4.00000E+00 4.00000E+00 4.00000E+00

4.00000E+00 4.00000E+00 4.00000E+00 4.000

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00E+00 ) (y

1.043E-03 3.19485E-03 5.33020E-03 7.47418E-03

2.90494E-01 3.31222E-01 3.84519E-01 4.57471E-01

)

(u

5.47866E+00 6.59870E+00 7.05731E+00 7.40079E+00

1.01674E+01 1.01656E+01 1.01637E+01 1.01616E+01

)

(tke

4.93228E-01 6.19247E-01 5.32680E-01 4.932E-01

6.414E-03 6.666E-03 6.90015E-03 6.90478E-03

)

(eps

1.27713E+02 6.04399E+01 3.31187E+01 2.21535E+01

9.78365E-03 9.79056E-03 9.80001E-03 9.81265E-03 ) ) 使用边界轮廓 下面是用边界轮廓来定义边界条件的步骤： 1. 创建包含所需轮廓的文件，格式请参阅边界轮廓文件一节。 2. 在边界轮廓面板中（在检查和删除轮廓中的图1）或者点击点击 ...菜单读入边界轮廓文件。 3. 在边界条件面板中（比如速度和压力入口面板），轮廓文件定义的场（以及其它你所读 入的边界轮廓文件）。会出现在边界轮廓所指定的每一

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个参数的右边或者下边的下拉列表中 。要使用某一轮廓在列表中选择即可。 注意：如果你使用边界轮廓面板读入一个文件，而文件中的轮廓名和已有的轮廓名相同，旧 的轮廓就会被覆盖掉。 例子 检查和删除轮廓 每一个轮廓文件包含一个或多个轮廓，每一个轮廓中会有一个或多个场定义于其中。一旦你 读入一个轮廓文件，你就可以检查每一个文件中都定义了什么场，你还可以删除特定的轮廓 。具体操作在边界轮廓面板中完成（如下图）。菜单：Define/Profiles...。 Figure 1:边界轮廓面板 要检查在特定的轮廓中指定了那些场，请在轮廓列表中选择轮廓名。然后其中所定义的场就 会显示在场的列表中。上图中，轮廓文件所列的场就是上面那个例子所定义的。要删除轮廓 文件，只需点击相应的轮廓名然后点击相应的按钮即可。轮廓删除之后相应的场列表也随之 删除了。 例子 如下图所示，对于上面的那个例子，轮廓用于指定x方向速度、湍流动能、湍流动能耗散的 入口值。（y向速度设为零，因为假定它可以忽略。但是y向速度轮廓也被使用了。） Figure 1:作为边界条件的轮廓的例子 轮廓文件被指定之后，边界条件也就被保存了，此时流动解被初始化了，你可以遵照下面的 步骤察看轮廓。 l 对于二维计算，打开解的XY图面板。选择表面列表中适当的边界区域，然后在Y轴 函数下拉列表中选择所感兴趣的变量，然后选择绘图方向。要保证节点值检查按钮是打开的 ，然后点击画图按钮。这样你就可以看到入口轮廓图了。如果所画的数据图和你所指定的轮 廓不符，这意味着轮廓文件有错误。

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l 对于三维计算，使用等值线面板来显示适当边界区域表面的等值线值。节点值检查 按钮必须打开以保证你可以看到轮廓数据。如果所画的等值线图和你所指定的轮廓不符，这 意味着轮廓文件有错误。 重定向边界轮廓 FLUENT允许你改变已有边界轮廓的方向，以便于这一边界可以定位于空间任意位置。这一功 能很有用，比方说，你可以将入口实验数据定位于一个方向，然后将它应用于具有不同方向 的模型中。需要注意的是，FLUENT假定轮廓和边界是平的。 改变轮廓方向的步骤 在边界的主要方向上重定向边界轮廓数据的程序如下： 1. 定义并读入边界轮廓（可参阅使用边界轮廓一节）。 2. 在边界轮廓面板中，在轮廓列表中选择轮廓，然后点击定向按钮，打开下面的定向 面板： Figure 1: The Orient Pro 3. 在定向轮廓面板中输入你在新轮廓框中所要创建的新轮廓名。 4. 使用新轮廓框的上下箭头来指定你所要创建的场的数目。新场的数目等于矢量和标 量的数目加一（坐标系）。 5. 定义坐标场： 1. 在新场名字下面的第一行输入三个坐标的名字。 2. 在从……计算（Compute From....）的下面的下拉列表中选择x、y和z适当的当地 坐标（选择0表明最初的轮廓文件中没有坐标存在，也就是说原始轮廓文件是在二维中定义 的。） 6. 在新的轮廓中定义矢量场： 1. 在新场名字框中输入边界坐标轴的三个分量的名字。 2. 在从……计算（Compute From....）的下面的下拉列表中选择矢量在x、y和z三个 方向上的边界轮廓的

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名字。 7. 在新的轮廓中定义标量场： 1. 在标量场名字下面的第一行输入标量的名字。 2. 在同一排，点击处理为标量下面的按钮。 3. 在从……计算（Compute From....）下面的第一个下拉列表的中选择标量名。 8. 在定向到……（Orient To...）的下面指定在中心场中的当地坐标系的起点的坐标 。 9. 在定向到……（Orient To...）的下面指定X'、Y'和Z'州的方向矢量。X'、Y'和Z '轴是主轴的方向矢量、次轴的方向矢量以及垂直于边界的矢量。每一个方向都是从（0，0 ，0）到（x，y，z）的矢量。. 对于有些问题，X'、Y'和Z'轴与区域的坐标轴不在一条直线上，你不需要知道先前的方向矢 量。在这种情况下，平面工具可以帮助你确定方向矢量和坐标轴的中心（起点）。 4. 捕捉平面工具到边界（请遵照初始平面工具一节中有关于在已有表面上初始化工具 位置的相关内容）。 5. 适当的平移和旋转工具的轴，直到它们和轴的主要方向成一条线，工具的起点和边 界的中心重合。 6. 在方向轮廓面板中点击从面板工具更新按钮。FLUENT会自动设定平面工具轴的的起 点为中心，X'轴为工具绿箭头的方向，Y'轴为蓝箭头，Z'轴为红箭头。 10． 在方向轮廓面板中点击创建按钮，新的轮廓就创建出来了。它的名字（在新轮廓 对话框中输入的）会在边界轮廓面板中出现。现在就可以使用这个轮廓来处理边界了。 定义质量、动量、能量和其它源项 你可以在流体区域定义质量（单或多组分）、动量、能量、湍流和其它标量的

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体积 源项，或者在固体区域定义能量源项。当你已知源项时，这些功能是很有用的。（对于更为 复杂的函数相关源项，你可以使用边界轮廓文件或者自定义函数（具体参阅相关内容）。要 将源项加到一个活着一组单元，你必须将这个单元或者这组单元放进的区域。然后将源 项应用到单元区域。下面是最为典型的用法： l 流动的源项不能用入口描述，比如流出的量。如果你需要模拟比单元小的入口，你 可以将小入口所在的单元放在它自己的流体区域中然后定义那个区域的质量、动量、能量源 项。对于图1所示的例子，你需要设定质量源项(m(dot)/V) = (r_j A_j v_j/V)和动量源项( m(dot) v/V) = (m(dot) v_j/V)，其中V是单元体积。 l 你的模型中没有明确定义由于热释放产生的源项（如：火）。对于这种情况，你可 以将单元放在热最初释放的流体单元中，然后在那个区域定义能量源项。 l 对于共轭热传导应用，能量源项在固体区域。在这种情况下，你可以将单元放在热 最初释放的固体单元中，然后在那个区域定义能量源项。 l 模型中没有明确包括由于反应而产生的组分源项。在上面模拟火的例子中，你可能 需要定义由于描述烟的产生而定义的组分源项。 Figure 1: Defining a Source for a Tiny Inlet 注意：如果你定义单元区域的质量源项，你还要定义动量源项，而且在合适的情况下，对于 你的模型还要定义能量和湍流源项。如果你只定义质量源项，进入区域的质量不携带动量和 热量。因此质量也就不得不被流体加速或者加热，而且相应地会有一个速度或者温度下

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降。 这一下降可能是显而易见的也可能不是，这依赖于源项的尺寸。(注于：只接受动量、能量 或者湍流源项的定义。) 定义源项的程序 标记的约定和单位 所有正的源项表示的是源，负的是汇。单位必须是国际标准单位： 定义源项的步骤 要为一个或更多的区域定义源项，请遵循如下步骤（记住使用SI单位）： 1. 在流体或者固体面板打开源项选项。 2. 设定适当的源项值，注意下面的注释： l 要指定常数源项，在邻近源项框的下拉列表中选择（或者保持）常数，然后在框中 输入常数值。 l 指定温度相关或者其它函数源项，你可以用边界轮廓（见边界轮廓一节），或者自 定义函数（见自定义函数一节）。 l 记住你不应该只定义质量源项而不定义其它源项，请参阅定义质量、动量、能量和 其它的源项一节。 l 因为你所指定的源项时提及源项，所以要确定源项的适当值，你要确定定义了源项 的区域的单元的体积。要实现这一目标你可以为单元区域创建界面，然后使用等值线面板来 显示问题中的区域的单元体积（在网格类别中）。 质量源项 如果你的问题只有一个组分，你可以简单的只定义那个组分的质量源项。质量源项的单位是 kg/m^3-s。在连续性方程中（质量守恒方程），所定义的质量源项在S_m项中出现。 如果不止一个组分，你可以为每一个组分指定质量源项。除了最后一个你所定义的，每一组 分（例如：h2，o2）将会有一个明确的源项列表。要为最后一个组分定义质量源项，请在质 量源项框中指定数值。质量源项的单位为kg/m^3-s。在化学组分守恒方程（组分输运方程一 节

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中的方程1）中，所定义的质量源项会出现在S_i^'项中。 动量源项 要定义动量源项，请指定X、Y和/或Z方向的动量项。动量源项的单位为N/m^3。在动量方程 中（动量守恒方程），所定义的动量源项会出现在F_i项中。 能量源项 要定义能量源项，请指定一个能量项，其单位是W/m^3。在能量方程（能量方程一节中的方 程1）中，所定义的能量源项会在S_h项中出现。 湍流源项 要定义k或e的源项，请指定湍流动能和湍流耗散速度项。其中，k源项的单位是kg/m-s^3， e源项的单位是kg/m-s^4。 所定义的k的源项会作为附加项出现在湍动能方程的右手边（比方说标准k-e模型的输运方程 一节中的方程1）。 所定义的e的源项会作为附加项出现在湍流耗散速度方程的右手边（比方说标准k-e模型的输 运方程一节中的方程3）。

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