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Fluent边界|06 压力远场边界

内容纲要

Fluent中利用压力远场(Pressure far-field)边界描述无穷远处自由来流状态。压力远场边界利用特征信息(黎曼不变量)来确定边界上的流动信息,也常被称之为特征边界条件。

1 局限性

压力远场边界的使用具有以下局限性:

  • 压力远场边界仅适用于流体密度满足理想气体状态方程时,其他情况下不能使用。为了有效地近似真实的无限远范围条件,必须将远场边界放置在离目标足够远的地方。例如,在翼型升力计算中,远场边界通常是半径为20倍弦长的圆面或球体。

  • 压力远场边界与压力基求解器下的多相流模型(VOF、Mixture及Eulerian模型)不兼容

  • 压力远场边界不能用于常密度、真实气体模型以及密度基求解器下可用的湿蒸气模型

2 边界参数

压力远场边界条件参数设置对话框如图所示。

压力远场边界参数设置对话框

输入参数包括:

  • 表压
  • 马赫数
  • 流动方向
  • 温度
  • 模型参数(湍流模型、辐射模型、组分模型、DPM模型等)

3 计算过程

压力远场边界条件是在引入黎曼不变量(即特征变量)的基础上提出的一种无反射边界条件。对于亚音速流有两个黎曼不变量,分别对应入射波和出射波。入射波表达式为:

出射波表达式为:

式中,为边界法向速度;为局部声速;为比热比(理想气体)。下标为无穷远处物理量值,下标为计算域内部物理量值(与边界网格面相邻的网格上的物理量)。两个物理量通过加减可以得到速度计算方式:

声速计算表达式:

式中,分别为边界法向速度及声速。

在流体流经的网格面上,切向速度分量及熵通过计算域内部值外插得到;在流入面上切向速度分量与熵被认为具有自由流值。通过使用、切向速度分量以及熵的值,可以计算出边界面上的密度、速度、温度和压力的值。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《Fluent边界|06 压力远场边界》
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