CFX中的Opening邊界

1、最近涉及到一個關(guān)于射流卷吸的案例，為邊界條件傷透了腦筋，后來發(fā)現(xiàn)CFX中居然有現(xiàn)成的邊界類型。案例如下圖所示，1為主流射入邊界，2為出口邊界，3邊界情況未知。由于1邊界的射流作用，氣體可能會從3邊界吸入計(jì)算域，吸入量及吸入方向均未知。對于這類物理現(xiàn)象比較簡單的問題，采用CFD軟件進(jìn)行計(jì)算時卻遇到了難題。 困難的地方來自于邊界3的邊界條件確定上。對于常見的CFD軟件，通常邊界條件包括速度入口、壓力入口、壓力出口、對稱邊界、壁面邊界等等。好，對于這些邊界類型，我們來逐個看看。 1、能否使用速度入口？原則上是可以，取決于是否能夠精確測量邊界位置的速度，若有精確實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也未嘗不可。但是實(shí)際上這些位置的

2、測量相當(dāng)麻煩，而且這些位置的速度大小及方向分布與邊界1緊密相關(guān)，似乎不好辦。而且，仿真的目的是為了獲取射流卷吸的流量，若是這些速度已知了，那仿真似乎也成了多余的了。 2、壓力入口可以否？理論上也是可以的，和1類似也是需要精確的壓力分布，因?yàn)閴毫θ肟谳斎氲氖强倝?，?shí)際上還是涉及到速度。 3、壓力出口呢？壓力出口輸入的是靜壓，看起來似乎可行。但是根據(jù)物理?xiàng)l件，邊界3上應(yīng)該是流入而非流出，指定3上的靜壓會產(chǎn)生嚴(yán)重的回流，而且還會導(dǎo)致計(jì)算發(fā)散。 4、壁面邊界可以否？看起來是可以，不過需要將計(jì)算域建得非常之大才行。對于我的案例，取30倍特征尺寸仍然難以接受，而且對于卷吸量的后處理非常困難（由于質(zhì)量守恒，

3、出口的流量始終等于入口的流量） 5、對稱邊界可以么？在一些情況下對稱邊界可以用于替代壁面邊界，這個和4差不多，就省了。 現(xiàn)在想要有一種邊界類型，可以在預(yù)先不知道邊界條件的情況下，通過內(nèi)部流場迭代計(jì)算得到邊界信息，根據(jù)迭代的壓力自動決定流體的進(jìn)入和流出。事實(shí)上，CFX中提供的Opening邊界類型可以起到這樣的效果。 在CFX的邊界類型中，有一種類型稱之為"Opening"，意為"開放邊界"。其邊界設(shè)置如下圖所示。 該邊界條件包含了幾種Mass And Momentun選項(xiàng)，如圖所示共包含了5種類型。 （1）Opening Pres. And Dirn（開

4、放壓力及方向） 選擇此選項(xiàng)后，設(shè)置面板如下圖所示。 在該類型中，需要設(shè)置開放的靜壓Relative Pressure以及Flow Direction，其中流動方向設(shè)置有三種方式：Normal to Boundary Condition（邊界法向）、Cartesian Components（笛卡爾分量）、Cylindrical Components（圓柱分量）。 選用此類型時，當(dāng)邊界流動方向?yàn)榱魅胗?jì)算域時，輸入的相對壓力被當(dāng)作為基于邊界法向速度分量的總壓；當(dāng)流動方向?yàn)榱鞒鲇?jì)算域時，相對壓力被作為相對靜壓值。 對于指定壓力的開放邊界，采用此種方式為最為穩(wěn)健也是最為穩(wěn)定的方式，因?yàn)榇朔N邊界條件為動量

5、傳輸施加了約束。 （2）static Pres. And Dirn（靜壓及方向） 在這一類型中，需要輸入相對壓力及指定方向。 選用此類型時，無論邊界是流入還是流出，所指定的Relative Pressure均被當(dāng)做靜壓值。因此在邊界為流入條件時，由于邊界缺乏約束，容易導(dǎo)致嚴(yán)重的穩(wěn)定性問題。 （3）Entrainment（卷吸） 當(dāng)選用此邊界時，存在兩類壓力選項(xiàng)：Opening Pressure及Static Pressure。 當(dāng)使用static Pressure選項(xiàng)時，其效果類似于static pressure and direction選項(xiàng)，但是方向是通過強(qiáng)制垂直于邊界的速度梯度為0而獲取。 當(dāng)使用Open Pressure選項(xiàng)時，其行為類似于Opening Pres. And Dirn，而且不需要指定壓力方向。該選項(xiàng)具有與指定開放壓力邊界相同的穩(wěn)定性和穩(wěn)健性。流體求解器基于速度場方向局部計(jì)算流動方向。 若不選擇pressure option，則默認(rèn)選擇static pressure。 Entrainment選項(xiàng)適合于計(jì)算射流卷吸、邊界條件位置的情況。 （4）Cart. Vel. Components指定邊界上速度笛卡爾分量，這一條件