Граничные условия в динамике жидкости представляют собой набор ограничений для краевых задач в вычислительной гидродинамике . Эти граничные условия включают в себя граничные условия на входе, граничные условия на выходе, граничные условия на стенке, граничные условия постоянного давления, осесимметричные граничные условия, симметричные граничные условия и периодические или циклические граничные условия.
Переходные проблемы требуют еще одного, т.е. начальных условий, в которых начальные значения переменных потока задаются в узлах области потока. [1] Различные типы граничных условий используются в CFD для различных условий и целей и обсуждаются ниже.
Входные граничные условия
В впускных граничных условиях, распределение всех потоков переменных должно быть указано на входных границах в основном скорости потока . [1] Этот тип граничных условий является обычным и задается в основном там, где скорость потока на входе известна.
Граничное условие на выходе
В граничных условиях на выходе необходимо указать распределение всех переменных потока , в основном скорости потока . Это можно рассматривать как соединение с граничным условием на входе. Этот тип граничных условий является обычным и задается в основном там, где известна выходная скорость. [1] Поток достигает полностью развитого состояния, при котором не происходит изменения направления потока, когда выпускное отверстие выбрано вдали от геометрических возмущений. В такой области можно выделить выходное отверстие и приравнять градиент всех переменных к нулю в направлении потока, кроме давления .
Граничное условие прилипания
Наиболее частая граница, которая встречается в задачах с ограниченным потоком жидкости, - это стенка канала. Соответствующее требование называется граничным условием прилипания, в котором нормальная составляющая скорости фиксируется на нуле, а тангенциальная составляющая устанавливается равной скорости стенки. [1] Это может идти вразрез с интуицией, но условие прилипания твердо установлено как в эксперименте, так и в теории, хотя и только после десятилетий споров и дебатов. [2]
Теплопередача через стену может быть указана или, если стены считаются адиабатическими , теплопередача через стену устанавливается равной нулю.
Граничные условия постоянного давления
Этот тип граничных условий используется, когда известны граничные значения давления и неизвестны точные детали распределения потока. Это в основном включает условия давления на входе и выходе. Типичные примеры, в которых используется это граничное условие, включают потоки, управляемые плавучестью, внутренние потоки с несколькими выходами, потоки со свободной поверхностью и внешние потоки вокруг объектов. [1] Примером является выход потока в атмосферу при атмосферном давлении .
Осесимметричные граничные условия
В этом граничном условии модель является осесимметричной относительно главной оси, так что при конкретном r = R , всех θ s и каждом z = Z-сечении каждая переменная потока имеет одинаковое значение. [3] Хорошим примером является поток в круглой трубе, где оси потока и трубы совпадают.
Симметричное граничное условие
В этом граничном условии предполагается, что по обе стороны границы существуют одни и те же физические процессы. [4] Все переменные имеют одинаковое значение и градиенты на одинаковом расстоянии от границы. Он действует как зеркало , отражающее все распределение потока на другую сторону. [5] Условиями на симметричной границе являются отсутствие потока через границу и отсутствие скалярного потока через границу.
Хороший пример - поток в трубе с симметричным препятствием в потоке. Препятствие разделяет верхний поток и нижний поток как зеркальный поток.
Периодическое или циклическое граничное условие
Периодическое или циклическое граничное условие вытекает из другого типа симметрии в задаче. Если компонент имеет повторяющийся узор в распределении потока более двух раз, что нарушает требования к зеркальному отображению, необходимые для симметричного граничного условия. Хорошим примером может служить лопастной насос (рис.), [6], где отмеченная область повторяется четыре раза в координатах r-тета. Циклически-симметричные области должны иметь одинаковые переменные потока и распределение и должны удовлетворять этим требованиям в каждом Z-срезе. [1]
Смотрите также
Заметки
- ^ a b c d e f Хенк Карле Верстег; Weeratunge Malalasekera (1995). Введение в вычислительную гидродинамику: метод конечных объемов . Longman Scientific & Technical. С. 192–206. ISBN 0-582-21884-5.
- ^ Прабхакара, Сандип; Дешпанде, Мэриленд (2004-04-01). «Граничное условие прилипания в механике жидкости». Резонанс . 9 (4): 50–60. DOI : 10.1007 / BF02834856 . ISSN 0973-712X . S2CID 124269972 .
- ^ «циклические симметричные БК» . Проверено 9 августа 2015 .
- ^ «циклические симметричные БК» . Проверено 10 октября 2013 .
- ^ «Симметричное граничное условие» .
- ^ «циклические симметричные БК» . Проверено 10 октября 2013 .
Рекомендации
- Верстег (1995). «Глава 9». Введение в вычислительную гидродинамику Метод конечных объемов, 2 / e . Longman Scientific & Technical. С. 192–206. ISBN 0-582-21884-5.