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十四、FLUENT中2D Space设置
对于一些有几何对称的模型,如正方形、圆柱等,当物理边界也是对称时,其物理场也是对称分布的。对于这样的几何模型,如果将整个计算域全部计算一遍固然能够得到最终的数值解,但是会耗费大量的时间,因此,Fluent使用了2D Space来简化这种模型的计算。
对于一些有几何对称的模型,如正方形、圆柱等,当物理边界也是对称时,其物理场也是对称分布的。对于这样的几何模型,如果将整个计算域全部计算一遍固然能够得到最终的数值解,但是会耗费大量的时间,因此,Fluent使用了2D Space来简化这种模型的计算。
1. Fluent几何模型
Fluent可以计算二维和三维几何模型。二维模型可以是轴对称图形,对于这种图形,我们可以只计算一部分,其他部分的物理场都与计算的部分一致,如计算域为圆,我们就可以只计算其中的1/4,如图所示。
二维模型还可以表示三维模型,之前的文章中我们提到过,Fluent虽然可以计算二维模型,但其本质上还是在计算三维流场,其深度方向默认为1m,因此二维矩形实际上是三维的长方体。
同时二维模型还可以表示旋转轴对称的三维模型。如可以用一个矩形来表示圆柱,如果圆柱中的物理场只沿径向和轴向发生变化,而与切向无关,那么圆柱的一个径向切面就可以表示整个圆柱中物理场的分布。如果圆柱中的物理场沿径向和轴向和切向都发生变化,也可以使用二维模型表达三维模型。
2. 2D Space使用
(1) 轴向、周向和径向:
(2) axisymmetric 指的是三维方程中周向速度v=0,以及所有变量∂/∂θ=0. 只有u和w分量的动量方程。axisymmetric swirl 指的是三维方程中所有变量∂/∂θ=0,轴向速度v可以不等于0。动量方程有u,v,w三个分量方程。
至于对称轴都应该设置为axis,意思即两者都是三维圆柱在二维上的简化,只不过axisymmetric 代表三维上流体不发生旋转,而axisymmetric swirl表示流体在切向上发生了旋转。这两种情况都是在圆柱坐标系下进行计算的。此时x表示轴向,y表示径向,y就是r。此时使用的计算方程是柱坐标形式的计算方程。
(3) axisymmetric 和axisymmetric swirl只有在二维模型时才可用,当模型是三维时,不可选择这两种
(4) 对于上述定义的所有柱状坐标系,正的径向速率是从旋转轴沿径向指向外,正的轴向速率是沿旋转轴向量方向,正的切向速率是基于旋转轴正向的右手法则规定。
(5) 回转轴必须是x轴,且二维模型必须位于x轴上方,否则会出现负体积
(6) Planar是平面模型。
3. Axis 和symmetry 边界条件
(1) Axis 和symmetry 边界条件直接与2D Space的设置相关。
(2) Axis边界条件必须是轴对称图形的中心线,当2D Space选择为Axisymmetric 和Axisymmetric swirl,必须将对称轴边界选择为Axis,而不能选择其他的边界类型,包含symmetry边界。只对二维模型可用。
(3) symmetry边界条件意为镜像边界条件,只有当模型镜像对称时,才可用此边界条件。对导入模型为二维模型2D Space设置为Planar时,使用此边界条件,计算模型仍为二维。导入模型为三维时,此边界仍可使用。
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