周期性边界条件.docx
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周期性边界条件
2.3.4周期性流动与换热
如果我们计算的流动或者热场有周期性重复，或者几何边界条件周期性重复，就形成了周期性流动。
FLUENT可以模拟两类周期性流动问题。
第一，无压降的周期性平板问题（循环边界）；第二，有压降的周期性边界导致的完全发展或周期性流向流动问题（周期性边界）。
流向周期性流动模拟的条件：
1，流动是不可压的
2，几何形状必须是周期性平移
3，如果用coupledsolver求解，则只能给定压力阶跃；如果是Segregatedsolver，可以给定质量流率或者压力阶跃。
4，周期性流动中不能考虑进口和出口有质量差，也不考虑过程中的额外源项或者稀疏相源项。
5，只能计算进口出口没有质量流率变化的组分问题。
但不能考虑化学反应。
6，不能计算稀疏相或者多相流动问题。
如果在这过程中计算有换热问题，则还必须满足以下条件：
1，必须用segregatedsolver求解
2，热边界条件必须是给定热流率或者给定壁面温度。
对于一个具体的问题，热边界条件只能选择一个，而不能是多热边界条件问题。
对于给定温度热边界条件，所有壁面的温度必须相同（不能有变化）。
对于给定热流率边界条件，不同壁可以用不同值或曲线来模拟。
3，对于有固体区域的问题，固体区域不能跨越周期性平板。
4，热力学和输运特性（热容，热导系数，粘性系数，密度等）不能是温度的函数（所以不能模拟有化学反应流动问题）。
但输运特性（有效导热系数，有效粘性系数）可以随空间有周期性变化，因此可以对有周期性湍流输运特性不同的流动问题有模拟能力。
2.3.5计算流向周期性流动问题的步骤：
通常，可以先计算周期性流动到收敛，这时候不考虑温度场。
下一步，冻结速度场而计算温度场。
步骤如下：
1，建立周期性边界条件网格
2，输入热力学和分子输运特性参数
3，指定周期性压力梯度或者确定通过周期性边界的质量流量
4，计算周期性流动场。
求解连续，动量（湍流量）方程。
5，指定热边界条件（等温或者给定热流密度）
6，给定进口体平均温度
7，求解能量方程（其它方程不求解，只求解能量方程），得到周期性温度场。
2.3.5.1流向周期性流动理论
周期性速度定义
对于位置矢量
，周期性速度定义为：
2－17
2－18
2－19
其中，
是计算区域内周期性长度矢量。
2.3.5.2周期性流向周期压力
上面方程中压力不是周期性的，而压力降是周期性的。
即：
2－20
如果选择coupledsolver，压降
是常数；但对Segregatedsolver方法求解，计算区域内的压力梯度可以分解为两部分：
梯度的周期性分量，
，梯度的线性变化量，
。
即：
2－21
周期性压力（
）是但压力减去线性变化压力得到的值。
压力的线性变化分量
是导致一个力作用于流体的动量方程。
由于
并不能事先知道，只有通过在给定区域积分求出的流量与给定的的质量流量一致，才能确定。
在压力修正的SIMPLE,SIMPLEC和PISO运算法则中都出现
，根据计算得到的质量流量与实际流量之差得到。
2.3.5.3用Segregaedsolver求解流向周期性流动的用户设置
要计算给定质量流量或压降的空间周期性流动问题，首先要建立计算网格。
网格要求有平移周期性边界条件。
在define-periodicconditions面板上第一如下参数：
1，决定是给定质量流量还是压力梯度。
（Specifymassflow,SpecifypressureGradient）
2，给出质量流量或压力梯度。
如果你选择了给定质量流量，你也可以给出压力梯度（假定值），但不是必须的。
如果给定值合理，可以加速流动场收敛速度。
对计算结果也没有影响。
对于轴对称问题，质量流量是2
弧度的质量流量。
3，通过定义流向的X，Y，Z点来（或者二维时候的X，Y）定义流动方向。
流动方向是从初始点到指定点的方向上，该方向必须和周期性平移边界平行。
4，如果确定了质量流量，FLUENT需要计算出压力梯度
。
可以通过改变RelaxationFactor和NumberofIterations（压力修正方程迭代次数）或者给出估计的
用以控制计算过程，这些都在define-periodictyconditions面板上做。
用Coupledsolver方法求解周期性流动场
网格处理和前面类似，参数设置方面，需要：
1，define-boundarycondition
2，给定周期性压降
2.3.6对周期性流动问题计算过程的监视
如果是给定质量流量问题，可以在计算过程中观察压力降
（StatisticMonitorspanel）
2.3.7给定温度边界条件下的周期性传热计算
要计算周期性流动中的传热问题，必须选用Segregatedsolver方法。
对于给定壁面温度条件，现在我们假设壁面温度是常数，则温度为：
[L119]
2－22
进口体温定义为：
，积分在周期性边界的进口上（A），这里的
在计算区域的L长度上满足周期性变化条件。
2.3.8壁面温度确定周期性传热设置
1，求解能量方程（define-models-Energy）
2，给出壁面温度。
所有固体边界的温度相同，所有边界（除了周期性边界）必须用该温度的壁面封闭。
Define-boundaryconditions
3，定义固体区域和固体温度。
固体区域内不能有热源。
Define-boundaryconditions
4，设定流体物性（密度，热容，粘性系数，导热系数等），但不能随温度变化。
Define-Materials
5，给定周期性进口上游的进口体平均温度（不能和壁面温度相同）define-periodicconditions
有了以上设置后就可以迭代求解了。
最好的方法是先求解流场，等流场收敛后，再冻结流场只求解温度场。
再给定处温度场时，温度值在壁温与进口体平均温度之间。
可以通过监视进出口平均体温度之比
。
Define-statisticmonitors-per/bulk-temp-ratio
关于周期性边界条件，《固体物理学》的能带理论这章有详细介绍，容易明白的，你去图书馆借一下吧。
简单来说，比如材料的二维原子平面的排列具有周期性，即可以看成一个单元四边形平移就能得到这个原子平面；这样，你在分析问题时，就可以只研究这个小单元四边形了，因为它有代表性，重复性，而它的四条边对应的条件就是周期性边界条件了。
这是简化问题的手段，缩小要计算处理的数据量。
作者：
plum888
我来瞅瞅:
）
作者：
liqinggang
你首先要定义区域，域中需要指定流体或者固体的种类；然后再定义边界条件（入口、出口、开放式、壁面或者对称面），当然定义边界条件要满足能量守恒和质量守恒！
作者：
shuangqingx
周期性边界在gambit里先使用wall代替，并且生成网格时记得是要linkmesh的；
在fluent里，使用text-command进行如下操作：
grid...modify-zones... 可以接下来利用list-zones显示所有cell的ID，因为接下来的操作需要对应cell的ID进行；
make-periodic...
提示，creatperiodiczone[]，输入周期性边界其中一个边的ID；
提示，shadowzone[]，输入周期性边界另一个边的ID；
提示，rotational?
[Ifnot,transitional]，输入yes/no，回车/或者直接回车；
OK了。
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2#大中小发表于2011-5-3110:
19 只看该作者
问题：
为什么能量方程的残差曲线震荡很大，不能收敛？
试着把能量方程的松弛因子调到0.9，虽然曲线不再震荡，但算出的结果明显与经验公式结果不符合，一般来说能量方程的松弛因子都是用1比较合理，如果说是受舍入误差影响，那么我尝试把壁面和流体的进口温度温差增大到150K，结果还是震荡，版主帮我看看问题出在哪里？
谢谢啦
2011-5-3110:
19
QQ截图未命名.jpg（9.75KB）
2011-5-3110:
20
QQ截图未命名.jpg（80.74KB）
2011-5-3110:
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2011-5-3110:
25
请问fluent周期性边界条件和对称边界条件的区别
按照说明，对称边界条件的特点是边界上速度为零，其他物理量梯度为零。
周期性边界条件特点是物理模型和物理量具有周期性重复的特点。
有几个问题没搞清楚
1.有些周期性边界条件是不是也可以设定为对称性边界条件？
对下面图中的情况（只画了端面的小孔，是进口），是采用周期性边界条件还是对称性边界条件呢？
是否可以采用四分之一圆柱的周期性边界条件？
或者采用八分之一圆柱的对称性边界条件？
2.fluent的周期性边界条件传热算例中，流动方向应该有压降的，为什么采用无压降的周期性边界条件呢？
谢谢！
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