Граничные условия в гидродинамике - Википедия - Boundary conditions in fluid dynamics

Граничные условия в гидродинамике набор ограничений для краевые задачи в вычислительная гидродинамика. 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.

Переходный Задачи требуют еще одного - 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

Отображение скорости потока на входе в трубу

В вход граничные условия, распределение всего потока переменные необходимо указывать в основном на входных границах скорость потока.[1] Этот тип граничных условий является обычным и задается в основном там, где скорость потока на входе известна.

Граничное условие на выходе

Отображение скорости потока на выходе в трубе

В граничных условиях на выходе распределение всего потока переменные необходимо указать, в основном скорость 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 развитое государство где не происходит изменения направления потока, когда выходное отверстие выбрано вдали от геометрических возмущений. В таком регионе можно было бы выделить торговую точку и градиент всех переменных можно приравнять к нулю в направлении потока, кроме давление.

Граничное условие прилипания

Отображение граничного условия стены

Наиболее частая граница, которая встречается в ограниченный поток жидкости проблемы - это стена водовода. Соответствующее требование называется граничное условие прилипания, в котором нормальная составляющая скорости зафиксирована на нуле, а тангенциальная составляющая установлена ​​равной скорости стенки.[1] Это может противоречить интуиции, но условие отсутствия скольжения было твердо установлено как в эксперименте, так и в теории, хотя и только после десятилетий споров и дебатов.[2]


Теплопередача через стену можно указать или если стены считаются адиабатический, то теплопередача через стена установлен на ноль.

Граничные условия постоянного давления

Отображение граничного условия постоянного давления

Этот тип граничных условий используется, когда граничные значения давление известны, и точные детали распределения потока неизвестны. 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 предметов.[1] Пример - выход потока в атмосфера куда давление атмосферный.

Осесимметричные граничные условия

Отображение осесимметричного граничного условия

В этом граничном условии модель имеет вид осесимметричный по отношению к главной оси так, чтобы в конкретном р = р, все θs и каждый z = Z-слой, каждая переменная потока имеет одно и то же значение.[3] Хорошим примером является поток в круглой трубе, где оси потока и трубы совпадают.


Симметричное граничное условие

Отображение симметричного граничного условия

В этом граничном условии предполагается, что по обе стороны границы существуют одинаковые физические процессы.[4] Все переменные имеют одинаковое значение и градиенты на одинаковом расстоянии от границы. Он действует как зеркало который отражает все распределение потока на другую сторону.[5]Условия на симметричной границе отсутствуют. поток через границу и без скаляра поток через границу.

Хороший пример - поток в трубе с симметричный препятствие в потоке. Препятствие разделяет верхний поток и нижний поток как зеркальный поток.

Периодическое или циклическое граничное условие

Четверть, показывающая циклическое граничное условие

А периодический или же циклический граничное условие возникает из другого типа симметрия в проблеме. Если компонент имеет повторяющуюся картину распределения 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-слое.[1]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б c d е ж Хенк Карле Верстеег; Weeratunge Malalasekera (1995). Введение в вычислительную гидродинамику: метод конечных объемов. Longman Scientific & Technical. С. 192–206. ISBN  0-582-21884-5.
  2. ^ Прабхакара, Сандип; Дешпанде, М. Д. (2004-04-01). «Граничное условие прилипания в механике жидкости». Резонанс. 9 (4): 50–60. Дои:10.1007 / BF02834856. ISSN  0973-712X. S2CID  124269972.
  3. ^ "циклические симметричные БК". Получено 2015-08-09.
  4. ^ "циклические симметричные БК". Получено 2013-10-10.
  5. ^ «Симметричное граничное условие».
  6. ^ "циклические симметричные БК". Получено 2013-10-10.

Рекомендации