边界条件定义及类型介绍

所谓边界条件，是指在求解域的边界上所求解的变量或其一阶导数随地点及时间的变化规律，只有给定了合理的边界条件的问题，才可能计算出流场的解。对于以不可压缩流体为介质的贯流泵等水力机械来讲，边界条件的类型有流动（速度、压力）进口边界、流动（速度、压力）出口边界、壁面边界和周期性边界等。

1.流动进口边界条件

速度进口边界条件用于定义流动速度以及流动进口的流动属性相关标量。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条件浮动。务必小心不要让速度进口靠近固体障碍物，因为这会导致流动进口驻点参数具有很强的非一致性。

压力进口边界条件用来定义流动进口边界的总压和其他标量。流动进入压力进口边界时，在不可压流动中，进口总压，静压和速度之间关系为通过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。

质量进口边界条件用来规定进口的质量流，设置进口边界上的质量总流量后，允许总压随着内部求解进程而变化。该边界条件与压力进口边界条件正好相反，在压力进口边界条件中，质量流量变化，总压固定。

进口总压的调整可能会降低解的收敛性，所以如果压力进口边界条件和质量进口边界条件都可以接受，则应该选择压力进口边界条件。还需要注意的是，对于不可压流动，不必使用质量进口边界条件，因为密度是常数，速度进口边界条件就已经确定了质量流量。因此，质量进口边界条件只用于可压流动，对于不可压流动，使用速度进口边界条件即可。

2.流动出口边界条件

压力出口边界条件用于定义流动出口的静压（在回流中还包括其他的标量），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。(www.xing528.com)

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还未知的情况，当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。

自由出流边界条件用于模拟在求解前流速和压力未知的出口边界。在该边界上，无需定义任何内容，适用于出口处的流动是完全发展的情况。所谓完全发展，意味着出流面上的流动情况由区域内部外推得到，且对上流流动没有影响。自由出流边界条件不能用于可压流动，也不能与压力进口边界条件一起使用，但压力进口边界条件可与压力出口边界条件一起使用。

3.壁面边界条件

壁面边界条件用于限制流体和固体区域。在黏性流动中，壁面处默认为无滑移边界条件，即在壁面处流体速度v等于壁面速度vwall，当固体壁面静止时，v=vwall=0。至于是否考虑壁面粗糙度的影响，则需根据具体计算的要求而定。

4.周期性边界条件

周期性边界条件也叫循环边界条件，常常是针对对称问题提出的，例如在轴流式水轮机或水泵中，叶轮的流动可划分为与叶片数相等数目的局部流道，在局部流道的起始边界（k=1）和终止边界（k=NK）上，就是周期性边界，在这两个边界上的流动完全相同，则

若受计算机性能所限，可采用周期性边界条件，如对贯流泵进行局部流道计算。如果进行全流道计算，则一般不需要用到周期性边界条件。