Fluent教程｜如何快速复制已有算例的边界条件设置？

在使用 ANSYS Fluent 进行 CFD 数值模拟时，我们经常会遇到这样的情况：

模型发生变化，但计算工况和边界条件保持不变。 例如，从机翼模型更换为平板模型，仍然需要采用相同的来流条件、湍流模型及边界设置。

需要复现师兄或同事的计算设置。 已有算例已经完成了相关配置，如果重新手动设置，不仅操作繁琐，还容易遗漏参数。

复杂模型的设置较多。 对于包含多种边界条件、多个材料参数或复杂组分设置的算例，逐项检查和设置往往需要花费大量时间。

遇到这些情况，我们不一定需要从头开始逐项设置。Fluent 提供了 write-bc 和 read-bc 命令，可以将已有算例中的边界条件相关设置写入文件，再尝试读取到新的算例中，从而减少重复操作。

本文以机翼气动计算为例，介绍如何将已有算例的设置文件写出，再将相关设置读取到新的平板算例中。

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一、原始机翼算例的设置

1.1 计算模型与边界条件

首先建立如图1所示的机翼计算模型。

    图1 机翼计算模型

如图2所示，本算例采用以下边界条件：

• 远场边界：Pressure Far-Field（压力远场）；
• 出口边界：Pressure Outlet（压力出口）；
• 对称面：Symmetry（对称）；
• 机翼表面：Wall（无滑移壁面）。

    图2 机翼计算域及边界条件

这里需要注意，后续将设置文件读取到新算例时，Fluent 会根据相关区域名称匹配设置。因此，建议两个算例中的边界区域名称保持一致，以提高设置复用的成功率。

1.2 求解器与物理模型

本算例采用密度基求解器（Density-Based），进行稳态计算（Steady），开启能量方程，并使用 SST k-omega 湍流模型。

空气材料（air）的主要参数设置如下：

• 密度：Ideal Gas（理想气体）；
• 比热容：Constant（常数）；
• 导热系数：Constant（常数）；
• 黏度：Sutherland；
• 分子量：28.966 kg/kmol。

具体设置位置为 Setup → Models 和 Setup → Materials，如图3所示。

    图3 求解器、湍流模型及空气材料设置

1.3 设置操作压强

进入 Setup → Cell Zone Conditions → Operating Conditions，将 Operating Pressure（操作压强）设置为 0 Pa，如图4所示。

    图4 操作压强设置

1.4 设置来流与压力出口

本算例的来流条件设置如下：

• 远场表压：101325 Pa；
• 来流马赫数：0.8；
• 攻角：2°；
• 湍流强度：5%；
• 湍流黏度比：10。

由于来流存在攻角，需要根据来流方向计算速度方向分量，并填写到压力远场边界的 Flow Direction 中。

压力出口的表压设置为 0 Pa，其他参数按照本算例的计算需求进行设置。具体界面如图5所示。

    图5 压力远场与压力出口设置

1.5 设置 Reference Values

对于飞行器气动计算，Reference Values（参考值）会直接影响气动力系数、力矩系数等无量纲参数的计算，因此不能忽略。

进入 Setup → Reference Values，将 Compute From 设置为远场边界 far，如图6所示。

    图6 Reference Values参考值设置

其中，需要特别关注：

• 参考面积（Area）：计算升力系数、阻力系数等气动力系数时使用；
• 参考长度（Length）：计算力矩系数等参数时使用；
• 参考密度、参考速度和参考压强：也会影响相应无量纲参数的计算。

对于机翼气动计算，参考长度通常可以根据研究目的选取机翼弦长，参考面积则应按照所采用的气动系数定义选取一致的面积。

需要注意，Compute From = far 会根据远场条件计算相关参考量，但参考面积和参考长度等参数仍应结合实际几何与研究定义进行核对。

二、将机翼算例的设置写入文件

2.1 打开 Fluent TUI 控制台

完成机翼算例的设置后，打开 Fluent 的 TUI（Text User Interface）控制台。

在控制台中依次输入：

/file
write-bc
boundary.bc

其中：

• /file：进入文件操作相关命令菜单；
• write-bc：写出边界条件相关设置；
• boundary.bc：指定输出文件名，可以根据自己的习惯修改。

例如，也可以将文件命名为 wing_boundary.bc，只要后续读取时使用相同的文件名即可。

操作过程如图7所示。

    图7 使用 write-bc 命令写出设置文件

确认命令执行成功后，即可在对应工作目录中找到生成的 .bc 文件。

三、读取新算例并检查网格尺度

假设现在需要计算一个新的平板模型，其计算工况与前面的机翼算例相同，希望复用原算例中已经设置好的边界条件。

3.1 读取新的平板算例

首先，在 Fluent 中读取新平板模型对应的网格或 CAS 文件，并检查计算域和边界区域。

本文示例中的平板模型如图8所示。

    图8 新的平板计算模型

如图9所示，可以通过网格显示功能检查新模型的边界区域。

    图9 新算例的网格与边界区域检查

3.2 检查网格尺度 Scale

在读取 .bc 文件之前，一定要检查新算例的网格尺度。这个方法不会自动帮你设置 scale，如图10所示。

    图10 平板Scale设置。

四、将原算例的设置读取到新算例

确认新平板算例的网格尺度及边界区域无误后，就可以读取前面生成的设置文件。

在 Fluent TUI 控制台中依次输入：

/file
read-bc
boundary.bc

其中，boundary.bc 必须与前面写出的文件名一致。将.bc需要放在平板cas目录下。

操作过程如图11所示。

    图11 使用 read-bc 命令读取设置文件

检查复制的设置，如图12所示，可以看到，均已经复制过来。

    图12检查平板的设置

但是这个方法要求模型的边界名称也要一样，否则不会原封的copy过来，但是前面的模型设置是可以原封的设置过来的，这对于多组分反应的设置，以及不知道设置了哪些东西的cas的复制设置操作很便捷。