In diesem Thema werden viele der physikalischen Begrenzungen für CFD-Simulationen beschrieben und zu den verfügbaren Randbedingungen in Beziehung gesetzt.
Weitere Informationen über das Anwenden von Randbedingungen
Einlässe
Es gibt drei Hauptkategorien für Einlassbedingungen: Strömung, Temperatur und Skalar (kombinieren). Welche Randbedingung anzuwenden ist, hängt von der Art der Analyse ab (nicht kompressibel oder kompressibel):
Nicht kompressibel
Geben Sie für eine nicht kompressible Strömung entweder den Druck oder die Geschwindigkeit an. Wenn sowohl Geschwindigkeit als auch Druck angegeben werden, weist das Problem zu viele Abhängigkeiten auf und es sind numerische Fehler zu erwarten.
Geben Sie eine der folgenden Randbedingungen für Einlässe an:
- Normale Geschwindigkeit oder Geschwindigkeit ungleich null
- Statischer Überdruck
- Externer Lüfter: Der Einlassdurchfluss variiert gemäß dem Druckabfall durch das Gerät
- Volumetrischer Durchfluss
- Massendurchfluss
Um Wirbel (eine Geschwindigkeitskomponente außerhalb der Ebene) in eine zweidimensionale axialsymmetrische Analyse aufzunehmen, legen Sie die dritte Komponente der Geschwindigkeit fest (in der Regel die Z-Komponente).
Es ist nicht erforderlich, Turbulenzmengen an den Einlässen anzugeben. Die Turbulenzintensität für den Einlass, die zur Berechnung der turbulenten kinetischen Energie und turbulenten Energiedissipation verwendet wird, wird im Dialogfeld "Start" im Dialogfeld "Turbulenz" festgelegt.
Kompressibel
Für kompressible oder Überschalleinlässe werden häufig sowohl die Geschwindigkeit als auch der Druck angegeben. Dies ist nur erforderlich, wenn die Einlassgeschwindigkeit in der Nähe der Schallgeschwindigkeit oder darüber liegt. Die kompressible Analysestrategie reagiert sehr empfindlich auf die simulierten physikalischen Eigenschaften. Im Abschnitt Kompressibel finden Sie daher weitere Informationen zum Anwenden von Randbedingungen.
Geben Sie bei Analysen der Wärmeübertragung die Temperatur an allen Einlässen an.
Um eine Mischung zu simulieren, geben Sie einen Skalarwert an allen Einlässen an, auch wenn der Wert null ist.
Auslässe
Am Auslass geht Autodesk Simulation CFD davon aus, dass voll entwickelte Profile für die Durchflussgrößen U, V, W, T, K und 
vorhanden sind. Diese Bedingung impliziert, dass der Gradient dieser Größen senkrecht zur Auslassbegrenzung null ist. Diese Bedingung wird automatisch in Autodesk Simulation CFD angewendet.
- Die empfohlene (und zweckdienlichste) Auslassbedingung ist ein statischer Überdruck gleich 0. Es sollten keine anderen Randbedingungen auf einen Auslass mit der Bedingung Druck = 0 angewendet werden.
- Wenn die Geschwindigkeit, der Massendurchfluss oder der volumetrische Durchfluss bei einem Auslass bekannt sind, dann kann eine dieser Bedingungen auf den Auslass angewendet werden. Vergewissern Sie sich, einen Druck am Einlass anzugeben.
- Eine Randbedingung für einen externen Lüfter, die Strömung aus dem Modell zieht, kann auf einen Auslass angewendet werden.
- Wenn die Auslassströmung Überschallgeschwindigkeit aufweist, ist die Randbedingung "Unbekannt" häufig die empfohlene Bedingung. "Unbekannt" ist eine sogenannte natürliche Bedingung, d. h., dass der entsprechende Auslass einfach nur geöffnet wird und keine anderen Bedingungen (Geschwindigkeit oder Druck) erzwungen werden.
Die Auslassbedingungen sollten stromabwärts weit genug entfernt von plötzlichen Windungen oder Verdichtungen positioniert werden, damit die Strömung sich voll entwickeln kann. Dies ist die von Autodesk Simulation CFD angenommene Bedingung. Wenn darüber hinaus der Auslass sich zu nahe an einer plötzlichen Ausdehnung befindet, fließt die Strömung wieder durch den Auslass zurück. Dies kann zu Konvergenzproblemen führen:
Wände
Bei der automatischen Wandangabe werden Wandbedingungen automatisch für alle Oberflächen festgelegt, die nicht als Einlässe, Auslässe, Symmetrie, Gleiten oder Unbekannt definiert sind.
Es ist nicht erforderlich, eine Null-Geschwindigkeit-Bedingung (Erstarrung) in einer Fluid/Festkörper-Schnittstelle festzulegen. Die Wand-Turbulenz-Bedingungen werden automatisch von Autodesk Simulation CFD festgelegt.
Die Randbedingungen für Analysen der Wärmeübertragung sind:
- Temperatur
- Wärmestrom
- Wärmeübergangskoeffizient
- Strahlungsbedingung
Es wird in der Regel nicht empfohlen, mehr als eine Randbedingung für die Wärmeübertragung auf eine Wand anzuwenden.
Wände ohne Wärmeübertragungs-Bedingungen kann man als isoliert betrachten.
Symmetrie- und Gleitbedingungen
Wenden Sie zum Simulieren einer Gleit- oder Symmetriebedingung die Randbedingung Gleiten/Symmetrie an. Dadurch wird verhindert, dass die Strömung die Umgrenzung durchbricht, aber sie kann entlang der Umgrenzung fließen.
Autodesk Simulation CFD geht davon aus, dass die Gradienten senkrecht zur Symmetrieebene für die skalaren Größen T, K und null sind.
Periodische Randbedingungen
Im Gegensatz zu den vorherigen Randbedingungen, die auf bestimmte Lösungsvariablen angewendet werden, sind die periodischen Randbedingungen eigentlich geometrische Bedingungen, die auf alle Lösungsvariablen die gleichen Auswirkungen haben.
Insbesondere alle Lösungsvariablen sind identisch auf periodischen Knoten, d. h., der Wert des Slave-Knotens ist exakt der gleiche Wert wie der auf dem Master-Knoten. Periodische Randbedingungen können für geometrisch ähnliche Geometrien verwendet werden, z. B. Blech-Diffusoren mit mehreren Schaufeln. Sie können die Größe des Problems erheblich reduzieren.