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interface 相關知識

FLUENT的邊界類型可分為以下四種類型:

1、單面類型。這一類型的邊界通常位于計算域的外邊界。主要包括的邊界類型有:axis,outflow,mass flow inlet,pressure far-field,pressure inlet,pressure outlet,symmetry,velocity inlet,wall,inlet vent,intake fan,outlet vent,exhaust fan。

2、雙面類型。這類邊界通常位于計算域的内部,面的兩側均位于計算域的内部。主要包括:fan,interior,porous jump,radiator

3、周期邊界。這個沒什麼好說的,隻有一個邊界。

4、區域。主要包括fluid,solid。注意多孔區域是流體域的一種。

除此之外,還有一種類型:interface。對于這一類型,我個人認為,不應該将其當作邊界條件來處理,雖然interface也是位于計算域的外邊界。但是在使用的過程中,interface通常是成對出現的,也就是說,在使用interface的時候,需要不止一個計算域,單獨的計算域沒辦法應用interface邊界。

對于interface與interior的差別,其實很容易了解。interior是内邊界,它所針對的區域是一個單獨的區域,通常在計算中是透明的。而interface則像一個插座,連接配接兩個計算域的。在前處理軟體中設定了interface,導入到fluent中若沒有設定grid interface,則在網格檢查中依然會報錯,不過設定了interface對之後再檢查的話,錯誤提示會消失。

其實我個人的建議是,在gambit中隻指定名稱而不指定邊界類型,具體的類型到fluent中再修改。當然修改中還是要遵循上面的規則的。單面類型的邊界一定隻能應用于外邊界,雙面類型區域隻能用于計算域内部。

問題1:interface産生虛拟interior邊界和wall邊界情況讨論。

根據fluent help檔案進行如下總結。

結論:當生成interface時,生成interior 和wall 是根據具體情況決定的。

情況1:interface zone完全重合(completely overlap)

interface 相關知識

完全重合,則隻自動生成相應interior面。

情況2 :interface zone部分重合(partially overlap)時

interface 相關知識

部分重合時,重合部分生成interior,不重合部分生成wall。

 internal和interior:internal是隻有Gambit中才有的邊界,在fluent中自動轉換為interior。internal和interior自然在fluent中作為相同的邊界處理了,表示一種内部的概念。比如為了劃分網格友善而将Geometry分成幾塊,那麼使用的這幾個面就是internal或者Interior。Fluent的官方客服說,internal和interior在fluent的計算中确實沒有任何差別。之是以還有internal,是因為gambit不僅僅是為fluent做前處理,它所畫出的網格和生成的邊界還可以作為其他模拟軟體計算的基礎。Tgrid是Gambit未出現或者出現早期fluent廣泛使用的前處理軟體,其中就有internal。值得注意的是,當gambit設定一個邊為internal時,在Tgrid中仍可以對此邊進行操作(更改網格、複制面、以之為源生成體網格等),然而如果設定為interior,則無法進行任何更改。這是筆者目前知道的這兩種邊界的唯一差別。

  interface與上述二者的差別明顯。internal和interior其實是一個面,就是表達一個内部,在流體的流動中,存在對流項和擴散項的自動調用計算,邊界兩側的網格也是相同類型的。而interface就是一種為了連接配接不同網格而設定的邊界。Gambit考慮到使用者可能會在不同區域采用不同類型的網格,或者有些部分采用動網格,有些地方采用靜網格。這樣,在不同網格相鄰的所在,就存在一個資料交換的問題。interface就是這樣一個功能。由于interface總是成對出現,每側各一個,它分别對兩邊的資料進行整合,根據設定好的內插補點方法進行控制方程離散形式在這一交界面上的過渡,成功實作資料的互相調用與交換,進而使各種實體量在不相同的網格類型區域間連續地過度。明白了這個道理,在fluent中定義interface的步驟就可以從容操作了。

  interface的應用有時非常靈活。兩個不重合的面(大小不一,但空間位置部分重合)也可設定為一對interface。這時,重合部分将被處理為internal或interior類型(但左右兩側進行各種資料的插值交換),非重合部分則被設定為wall(固壁邊界)。利用interface的這一點,還可在動網格中實作變邊界條件的處理。如下case:當某一動件移動到某個位置時,其上部分區域将從壁面變化為出口,或從入口變化為壁面。這種情況就可使用interface來實作:1、在空間某處畫網格A,根據動件移動規律(什麼時候變邊界)來确定其空間位置和幾何尺寸;2、設定動件變邊界那個面和A上某一面為interface;3、根據邊界條件如何變化設定A中其它邊界的邊界條件。這樣,當動件移動到某個位置而與A有重疊時,因為有interface設定的存在,重疊部分邊界類型将被改變,而非重疊部分仍保持為壁面邊界。當然,該設定仍存局限性(也可能是筆者認識淺薄),那就是邊界的變化中某一邊界必須為壁面,即其無法實作諸如從速度入口變化為品質入口等邊界類型的轉變。

    上述表述中,筆者使用了一個為使了解容易而做的簡化。其實在FLUENT或者ANSYS中,interior和interface都是兩個面,但二者的差別在于interior邊界類型中兩個面中任意一個都存儲有另外一個面上的所有實體資訊,而interface卻沒有。在Fluent的Boundary Conditions面闆中經常可以看到有些wall邊界後往往跟随有相應的shadow邊界,其實這就是在提示這個面本質上在Fluent内部處理的時候是視為内部面的。在fluent對求解區域進行離散時,interior邊界兩側的網格處理起來簡單的多,因為邊界兩側的網格必然是對應的,即各控制容積是對應的,離散過程仍同在一個region中相同。而在interface邊界兩側,控制容積的不完全對應特性使得正常的離散方式無法進行,這時,就需要以品質的連續性和能量的守恒性為基本原則對兩側的資料進行插值處理而順利實作方程在這一區域的離散化。再插值過程中,Fluent必然需要綜合考慮interface兩側的網格特性,而interface中兩個面存儲的網格資訊是不相同的,他們都對應自己相連的區域邊界處的那一層(或多層)網格資訊(這與選擇的離散方式有關,如一階二階等)。是以,在fluent中,必須将interface連接配接到相應的域内,友善求解器實時調用。

    檢視interface中兩個面分别對應的域很簡單。如在gambit中,首先檢視interface對應的face名稱,然後删除一塊和該face相鄰的區域(三維為體,二維則為面),看哪一個面消失了,該消失的面和被删除的域便就是連接配接在一起的。

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