首页 理论教育 ADINA有限元经典实例分析:边界条件选取

ADINA有限元经典实例分析:边界条件选取

时间:2023-11-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:与固体分析不同,流体分析中的边界条件指的是广义边界。正确设定边界条件是成功求解流场问题的关键。边界条件的选取与流动类型相关,实质上是与计算域的控制方程相关。图7-14 不可压缩流体中的多拖拽力边界条件2)对于不可压缩流体,开口处可以不施加任何边界条件,即:相当于在边界处施加零拖拽力。此时,必须采用绝对压力值,该边界条件对于不可压缩流体也是适用的。

ADINA有限元经典实例分析:边界条件选取

与固体分析不同,流体分析中的边界条件指的是广义边界。例如,在模型中施加的压力、速度等可以作为边界条件处理。ADINA软件将流体边界条件分为一般边界条件(例如,速度、压力)和特殊边界条件(例如,Wall边界、FSI边界等),相关内容的更详细介绍,请参见ADINA流体理论手册3.4节、4.4节、5.4节、6.4节、7.4节和8.4节。

正确设定边界条件是成功求解流场问题的关键。在前处理阶段,ADINA软件可以直接在几何边界上指定边界条件,提交计算时软件自动将这些边界条件按离散的方式分配到相应的节点上。边界条件的选取与流动类型相关,实质上是与计算域的控制方程相关。在ADI-NA-CFD模块中设置边界条件时,建议如下:

1)在开口处施加压力边界时,最好施加拖拽力载荷而尽量不要施加压力载荷。拖拽力等效于作用在边界上的外载荷,流体速度和压力可以通过求解控制方程得到,且在开口边界处得到的压力结果更为合理。如果施加的是压力边界,则不能保证在其边界处离散方程的连续性,边界处将产生不合理的结果。

978-7-111-35841-1-Part02-247.jpg

图7-14 不可压缩流体中的多拖拽力边界条件

2)对于不可压缩流体,开口处可以不施加任何边界条件(无需指定拖拽力和压力),即:相当于在边界处施加零拖拽力。但是,如果多个开口边界所受的压力各不相同,则必须为每个开口边界设定合适的拖拽力,如图7-14所示。

3)对于低速或高速可压缩流体,则应该施加非零的拖拽力边界条件,如图7-15所示。此时,必须采用绝对压力值,该边界条件对于不可压缩流体也是适用的。而在高速可压缩流体中,通常采用压力边界条件,而不需要施加拖拽力边界条件。

4)对于封闭的不可压缩流体(例如,自然对流),则需要为各个独立区域都指定固定的压力值,如图7-16所示。

5)在高速可压缩流体中应尽量使用特殊边界条件,指定的边界条件总应该适用于保守变量,而不是原始变量。例如,在内流场模型中,经常使用亚声速入口、亚声速出口、超声速出口等边界;而在外流体模型中,则经常使用外部边界条件;如果模型中必须指定某个方向的速度,一般建议如下:

①如果边界的法线方向与速度方向一致,则施加滑移参数(slipc,将slip condition选择为NO)为零的亚声速入口边界。可以通过指定温度或热通量来实现温度边界条件。

②施加壁面边界条件时,其切线(tangential)方向应该与速度的切线方向一致。(www.xing528.com)

③如果密度的一阶导数为零,则边界变量可以选择为(θρv),指定速度、零热通量或指定温度(设置slip=0以增强流动方向的指定)。

④如果压力的一阶导数为零,则边界变量可以选择为(pθv),指定速度、零热通量或指定温度的超声速边界(同样设置slip=0)。

978-7-111-35841-1-Part02-248.jpg

图7-15 可压缩/不可压缩流体中的多拖拽力边界

978-7-111-35841-1-Part02-249.jpg

图7-16 封闭的不可压缩流体必须指定固定的压力边界

⑤如果边界条件是旋转边界(例如,wall边界),则一定要选择rotational参数。

6)如果计算区域的变形对结果影响不大,则没有必要施加移动或可变化的边界条件,而应当在其固定边界上施加合适的边界条件。例如,某圆柱射流模型将在射流层前面产生自由液面,如图7-17所示,如果使用自由液面边界,整体区域采用ALE网格,而自由液面区域则采用拉格朗日网格,分析将很难收敛。实质上,该模型也确实很难得到稳态解。相反,如果在轴对称模型上施加适当的边界条件,则可以方便地模拟该问题。

978-7-111-35841-1-Part02-250.jpg

图7-17 圆柱射流模型

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈