如何施加流动区域的边界条件？

流动区域的每个边界都需要处理。要确定下面列出的边界类型中的自由度（VX、VY、VX和PRES）的某种组合（如果适当的值是可用的，就可以确定入口处的湍动能（ENKE）和湍动能耗散率（ENDS））。如果在边界表面上没有施加条件，垂直于表面的所有因变量的导数则为零。

可使用以下方法设置节点处的自由度约束：

命令：D

菜单：Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→boundary condition type

可以使用以下任一方法设置固体模型上的边界条件：

命令：DA和DL

菜单：Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→boundary condition type→OnAreas

Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→boundary condition type→On Areas

Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→boundary condition type→OnLines

Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→boundary condition type→On Lines

这能够用一种不同的网格重新进行分析，而不要在一个节点基上施加边界条件。这些命令或菜单路径允许确定线段的端点或面的边上的条件。

要注意确保在相交边界处施加恰当的条件，还要控制是否在线段两端或面的边上施加了边界条件。线段端点或面的边上的一个非零速度分量并不会取代相关节点处已经存在的零速度条件。在壁面和入口相交处，会自动施加壁面条件。

如果将一个新的（和不同的）边界条件施加到一个具有有限元网格的固体模型上，就应该在传递新的载荷之前删除已经存在的节点边界条件。

确定的流动：要确定边界上所有的速度分量。使用这种方法来确定入口处的流动。要想知道入口处的质量流率就需要知道密度。

确定的压力：一般施加一个相对压力（通常为零）作为入口边界条件。不考虑重力和旋转参考系时，绝对压力为FLOTRAN（相对）压力和参考压力之和。一个问题也可能是压力驱动的，在这种情况下，压力边界之一为入口。

注意

如果边界附近计算出相当大的梯度，这时可能会出现质量不平衡。这是由恒定压力边界上充分发展流动的默认条件引起的。如果流动没有充分发展，FLOTRAN就会沿单元的最后一行被迫调整以满足边界条件，这种调整偶尔会造成质量不平衡。

为了防止发生这种情况，可以在出口增加一个发展长度。其实这样增加不必与物理流动几何形状相匹配。可以减去这个“烟囱”中的压降以得到想要的压降。“烟囱”中的压降会沿它的横截面变化，因此不得不选择一个压降的代表值与想要的出口条件匹配。当然，直到检查完“烟囱”的结果之后才能知道这个压降。基于这些结果，可以选择将一个出口压力分布施加到原始几何图形上。

可以使用发展长度公式中的特征直径（D）计算需要的烟囱长度（L）：

层流：L/D～0.06Re

湍流：L/D～4.4Re1/6

具有代表性的20～25倍直径长的烟囱就已足够。尽管这个区域的网格有点粗糙，但是在烟囱中可以通过使用一个尺寸比以避免单元尺寸出现剧烈的变化。重要的特征就是烟囱长度，而不是它内部的节点数。

对称边界：垂直于边界的速度分量为零，剩下所有其他的自由度没有确定。

广义对称边界：也可以施加广义对称边界条件。如果ALE公式没有激活，就将速度分量设为与对称面相切；如果激活了ALE公式，就将其设为等于网格速度。可以利用以下方法施加广义对称边界条件：

D，NODE，ENDS，-1

DL，LINE，AREA，ENDS，-1，Value2

DA，AREA，ENDS，-1，Value2(www.xing528.com)

有一种例外，如果在相同的边界处确定了任意一个速度分量，就会覆盖广义对称边界条件。在2-D旋转问题中，确定了一个速度分量VZ就不会覆盖广义对称条件。

固定壁面：也可以称为无滑移条件。所有速度分量都设为零。

移动壁面：指定速度分量与壁面相切，并将所有其他速度分量设为零。作为一个表明为移动壁面的标志，在移动壁面上将湍流动能设为-1，这种指定仅作为一个标志，并不影响壁面湍流模型的性能。如果正在使用GUI，当确定速度时就表明是一个移动壁面。

不确定边界：在这种情况下，相对压力和速度都不知道。它最普遍的应用就是用于可压缩超音速流动中的下游边界处。

周期边界：两个边界上的条件虽不确定，但是相等。在一个边界处选择了节点后就发布宏PERI、DX、DY、DZ，其中DX，DY和DZ为第二个边界偏离第一个边界的偏移量。将偏移量输入到已建立好的FLOTRAN坐标系中。两个边界处的网格必须保持一致。

相交：在表面相交处施加两种不同的边界条件，要么两个边界条件是合并的，要么其中一个优先于另一个。表5-1可以指导如何将边界条件施加到相交处。

表5-1 相交处的边界条件

注意

内流、对称和壁面边界条件都会覆盖广义对称条件。

入口值：如何激活了湍流模型，则边界条件是必需的。ANSYS提供了基于入口速度之上的默认值和一个比例因子。给定了一个入口速度大小V，入口动能为

因数ININ的默认值为0.01，对应于入口处1%的湍流程度。动能耗散率ε的入口值为

INSF值是一个用户控制的比例因子。可以利用以下方法确定因数ININ和INSF：

命令：FLDATA24，TURB，ININ，Value

FLDATA24，TURB，INSF，Value

菜单：Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN SetUp→Turbulence→Turbulence Param

Main Menu→Solution→FLOTRAN SetUp→Turbulence→Turbulence Param

有时候对于某种情况需要激活湍流模型，但是对于某些区域又不能激活。为了在区域中停用湍流模型，要将动能（ENKE）设为0，将耗散率（ENDS）设为1.0。不能将耗散率设为0。若ENKE设为0，ENDS会设为1.0。

壁面粗糙度：FLOTRAN默认条件为光滑壁面。为了确定壁面粗糙度的值，必须使用平衡壁面湍流模型。使用FLDATA24，TURB，WALL，EQLB命令激活它。

为了将以长度为单位的均匀壁面粗糙度施加到所有壁面上，可以使用FLDATA24，TURB，KS，Value命令。除了规定了实际壁面粗糙度外，KS参数还确定了壁面粗糙度的形式（光滑的、过渡的，或完全粗糙的）。默认值0.0意味着一个光滑的壁面。

也可以施加一个位于0.5～1.0之间的经验无量纲系数（CKS），它确定了表面的不均匀度。默认值0.5意味着用KS表示的壁面粗糙度是不均匀分布的。可以使用FLDATA24，TURB，CKS，Value命令来确定这个系数。

如果有需要不同壁面粗糙度值的表面，下面的两种方法是可用的。

第一种方法对于所有壁面单元利用了实常数。将合适的KS和CKS值作为实常数施加到壁面附近的单元。对于每一组壁面粗糙度都存在一个不同的实常数。需要注意的是，施加到没有接近壁面的单元上的壁面粗糙度常数可以忽略不计，而由FLDATA24，TURB命令确定的任意KS和CKS值也可以忽略不计。

第二种方法适用于大多数表面有相同的壁面粗糙度的情况。首先，通过FLDATA24，TURB命令设置适用于大多数表面的值。然后使用实常数将壁面粗糙度施加到具有不同条件的壁面上。实常数会覆盖FLDATA24，TURB值。值得注意的是，如果所有表面上施加相同的CKS值（这是典型的），可以通过FLDATA24，TURB命令控制，并且实常数可以忽略不计。