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Fluent质量入口边界条件详解

该边界条件适用于可压缩流体和不可压缩流体,用于规定入口的质量流量。为了实现规定的质量流量中需要的速度,就要调节当地入口总压。这和压力入口边界条件是不同的,在压力入口边界条件中,规定的是流入驻点的属性,质量流量的变化依赖于内部解。
当匹配规定的质量和能量流速而不是匹配流入的总压时,通常就会使用质量入口边界条件。比如:一个小的冷却喷流流入主流场并和主流场混合,此时,主流的流速主要的由(不同的)压力入口/出口边界条件对控制。
调节入口总压可能会导致节的收敛,所以如果压力入口边界条件和质量入口条件都可以接受,你应该选择压力入口边界条件。
在不可压流中不必使用质量入口边界条件,因为密度是常数,速度入口边界条件就已经确定了质量流。

质量入口边界条件设置面板

1.质量流入口边界面板概述

(1)ReferenceFrame-参考坐标系,用户根据需要可以选择Absolute或Relative to Adjacent Cell Zone;

(2)Mass FlowSpecification Method-设置质量流动率的指定方法。用户可以根据自己的需要选择Mass Flow Rate(质量流速), Mass Flux(质量流量)或 Mass Flux with Average Mass Flux

(3)Supersonic/InitialGauge Pressure-如果流体是可压缩的,根据等熵公式计算得到入口静压,如果是不可压缩流体,用户可以设置入口静压用来初始化流场,但是设置的数值不影响计算结果。

(4)面板的其他设置,主要用来设置质量入口的方向和幅值。

2.质量流入口边界的计算过程

对入口区域使用质量入口边界条件,该区域的每一个表面的速度被计算出来,并且这一速度用于计算流入区域的相关解变量的流量。对于每一步迭代,调节计算速度以便于保证正确的质量流的数值。
需要使用质量流速、流动方向、静压以及总温来计算这个速度。有两种指定质量流速的方法。第一种方法是指定入口的总质量流速。第二种方法是指定质量流量 (每个单位面积的质量流速)。如果指定总质量流速,FLUENT会在内部通过将总流量除以垂直于流向区域的总入口面积得到统一质量流量:

(1)理想气体的质量流边界的流动计算

如果是理想气体,要用下式计算密度

如果入口是超音速,所使用的静压是设为边界条件静压值。如果是亚音速静压是从入口表面单元内部推导出来的。
入口的静温是从总焓推出的,总焓是从边界条件所设的总温推出的。入口的密度是从理想气体定律,使用静压和静温推导出来的。

(2)不可压流动的质量流边界的流动计算

如果是模拟非理想气体或者液体,静温和总温相同。入口处的密度很容易从温度函数和(可选)组分质量百分比计算出来的。速度用质量入口边界的计算程序中的方程计算出。

3.质量流入口温度

由于质量流入口可以模拟可压缩流体,因此入口温度为总温,具体可参考压力入口温度。

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