Граничные условия
Параметры граничных условий для модуля Поток (Flow) применяются к границам в дереве анализа потоков. Эти опции также применяются к интерфейсам, для которых модуль Поток (Flow) очищается на одной стороне интерфейса, создавая Границу (Boundary).
При выборе границы в дереве анализа потоков в разделе Общие границы (General Boundaries) граничные условия отображаются на панели "Свойства" (Properties).
Отбортовка
Граничное условие Стенка (Wall) для модуля Поток (Flow) соответствует сплошной границе. Условие "Стенка" (Wall) для модуля Поток (Flow) означает наличие сдвига (перетаскивания) и отсутствие нормального компонента скорости на границе, как при отсутствии сквозного потока. Если активен модуль Турбуленция (Turbulence), можно учесть шероховатость стенки с помощью опций Модель шероховатости стенки (Wall Roughness Model). Эти опции позволяют назначить скорость стенки жесткости для граничных условий Стенка (Wall).
* 
Граничное условие Стенка (Wall) является условием по умолчанию для модуля Поток (Flow).
Опции (Options)
Чтобы ввести сдвиг стенки, выберите Опции (Options) для граничного условия Стенка (Wall) в модуле Поток (Flow).
Стационарный (Stationary) - предполагается, что стенка является стационарной.
Декартова (Cartesian) - сдвиг у стенки представляется в терминах компонентов X, Y и Z скорости. Значение входного параметра скорость в граничном условии Стенка (Wall) определяется относительно стационарной лабораторной системы отсчета.
Касательный (Tangential) - сдвиг у стенки представляется в терминах нормали к стенке. Значение входного параметра касательной скорости в граничных условиях является относительным и определяется значением Вектора скорости по нормали к стенке (Vector Normal to Wall Velocity).
Скорость для граничного условия Стенка (Wall) служит для представления сдвига стенки. В данном случае используются только касательные скорости.
В числовом выражении скорость для граничного условия Стенка (Wall) вводит источник движущей силы для имульса. Скорость в граничном условии Стенка (Wall) не связана с фактическим перемещением границы, так как не приводит к изменению формы области.
Тип стенки (Wall Type)
Для опции Тип стенки (Wall Type) укажите одно из следующих значений.
Жесткая (Rigid) - создается недеформирующаяся стенка.
Гибкая (Flexible) - создается деформирующаяся стенка без физического перемещения сетки, связанной со стенкой. Эффект перемещения стенки выражается как изменение эффективного объема соседней ячейки.
В следующем уравнении вычисляются напряжения, виртуальные смещения и скорость стенки:
где
τ
Напряжение сдвига стенки
r
Радиус трубы
r0
Опорный радиус
p
Давление жидкости (Па)
p0
Эталонное давление
h
Толщина стенки
E
Модуль Юнга
σ
Коэффициент Пуассона
Для Модели деформации (Deformation Model) гибкие стенки модели создаются двумя способами.
Модель Упругая труба (Elastic Pipe) - в качестве входных данных требуется радиус, толщина стенки, модуль Юнга, коэффициент Пуассона и опорное давление; выражается как функция (x, y, z, t) и любых действительных переменных. Для достижения этих целей используется аналитическое выражение или определение с помощью таблицы.
Определяется пользователем (User Defined) - смещение определяется как функция давления с помощью аналитического выражения или в табличной форме.
Сдвиг высокого порядка (High Order Shear)
В опции Сдвиг высокого порядка (High Order Shear) для граничного условия Стенка (Wall) в модуле Поток (Flow) для представления профиля скорости рядом со стенкой вместо линейной функции используется параболическая. Эту функцию можно использовать в следующих случаях:
Для ламинарного потока рядом со стенкой.
Если прилегающая к стенке ячейка находится внутри ламинарного подслоя турбулентного потока.
Для сокращения количества ячеек, используемых для разрешения потока в узких промежутках со значительным преобладанием сил вязкого сопротивления.
Заданная скорость
Граничное условие Заданная скорость (Specified Velocity) используется для задания скорости жидкости (м/с) рядом с отверстием при создании входа, выхода или их комбинации. Заданная скорость (Specified Velocity) задает скорость на границе. Соответствующий массовый поток определяется по плотности и скорости жидкости относительно граничной области и ориентации. Направление и величину скорости для граничного условия Заданная скорость (Specified Velocity) можно задать с помощью следующих опций.
Декартова (Cartesian) - граничная скорость вводится в терминах компонентов скорости X, Y и Z относительно системы координат модели.
Нормаль к границе (Boundary Normal) - вводится граничная скорость по нормали к границе. Для управления этой величиной используется Компонент скорости по нормали (Normal Velocity Component). Направление потока задается посредством выбора опции Приток (Inflow), Отток (Outflow) или Оба (Both):
Приток (Inflow) - допускается поток, направленный внутрь области.
Отток (Outflow) - допускается поток, направленный из области наружу.
Оба (Both) - допускается поток, направленный внутрь области или из нее.
В случае опций Приток (Inflow) и Отток (Outflow) отрицательное значение Компонента скорости по нормали (Normal Velocity Component) сбрасывается в положительное значение, так что знак значения объемного теплового потока не влияет на направление потока.
* 
В Creo Flow Analysis положительное значение массового потока или объемного потока на Границе (Boundary) соответствует оттоку.
Завихрение (Swirl) - представляет завихрение потока на Границе (Boundary). Для управления величиной притока используется Компонент скорости по нормали (Normal Velocity Component). Направление потока задается посредством выбора опции Приток (Inflow), Отток (Outflow) или Оба (Both). Для управления скоростью закручивания используются следующие параметры: Скорость вращения (Rotational Speed), Центр вращения (Rotational Center) и Вектор оси вращения (Rotational Axis Vector).
Направление вращения завихрения указывается относительно стационарной (лабораторной) системы отсчета с точки зрения наблюдателя, прямо на которого направлен вектор оси вращения. При вращении по часовой стрелке или против часовой стрелки допускается только положительное значение скорости вращения. Если выбраны оба направления вращения завихрения, для указания направления вращения можно использовать знак скорости вращения, так что положительное значение будет соответствовать вращению по часовой стрелке, а отрицательное - вращению против часовой стрелки.
Величина скорости вращения границы указывается относительно стационарной (лабораторной) системы отсчета.
Заданный объемный поток
Граничное условие Заданный объемный поток (Specified Volumetric Flux) используется для задания объемного потока (м3/с) жидкости при создании входа, выхода или их комбинации. Заданный объемный тепловой поток (Specified Volumetric Flux) задает скорость на границе. Соответствующий массовый поток определяется по плотности ρ и скорости жидкости v относительно граничной области и ориентации. Заданный объемный тепловой поток (Specified Volumetric Flux) ссылается на интеграл объемных потоков по границе. Скорость, связанная с Заданным объемным потоком (Specified Volumetric Flux), может быть Равномерной (Uniform) или определяться на основе Полностью развитого (Fully Developed) потока. Для определения направления и амплитуды скорости можно использовать следующие опции.
1. Направление потока (Flow Direction) - контролируется посредством выбора значения Приток (Inflow), Отток (Outflow) или Оба (Both).
2. Профиль скорости (Velocity Profile) - задайте один из следующих профилей скорости для граничного условия Заданный объемный поток (Specified Volumetric Flux).
Равномерный (Uniform) - постоянная скорость на границе, которая определяется на основе площади граничной области (A) и ориентации: V = (Объемный тепловой поток)/площадь.
Полностью развитый (Fully Developed) - профиль скорости на границе подобен (по форме) профилю скорости в центрах ячеек, расположенных непосредственно ниже.
Заданное полное давление
Граничное условие Заданное полное давление (Specified Total Pressure) используется для задания Полного давления (Total Pressure) рядом с отверстием, где ожидается вход потока в область или выход из нее. Затем вычисляется скорость потока на границе как часть решения. Можно задать направление и давление.
Опция направления (Directional Option) - направление вектора скорости на границе ограничивается с использованием следующих опций.
Декартова (Cartesian) - скорость на границе ограничивается определенным направлением относительно системы координат модели. Компоненты вектора Направление потока (Flow Direction) (X, Y и Z) используются в сочетании с опцией Декартова (Cartesian) для ограничения скорости на границе определенным направлением.
Нормаль к границе (Boundary Normal) - ограничивает скорость на границе направлением по нормали к границе. Опция Нормаль к границе (Boundary Normal) использует локальную нормаль к грани каждой ячейки на выбранной границе.
Полное давление (Total Pressure)
Профиль скорости (Velocity Profile) - задает один из следующих профилей скорости для граничного условия Заданный объемный поток (Specified Volumetric Flux).
Равномерно (Uniform) - постоянное полное давление на границе, которое определяется на основе площади области Границы (Boundary) (A) и ориентации.
Нулевой градиент (Zero Gradient) - полное давление на границе определяется на основе экстраполяции внутренних полных давлений. Изменение и градиент отсутствуют.
Вращающаяся стенка
Вращающаяся стенка (Rotating Wall) - моделирует эффект сдвига вращающейся стенки. Доступны следующие опции.
Тип стенки (Wall Type) - укажите значение Жесткая (Rigid) или Гибкая (Flexible)
Сдвиг высокого порядка (High Order Shear)
Направление вращения (Rotational Direction) - определяет направление вращения стенки. Направление вращения границы указывается относительно стационарной (лабораторной) системы отсчета с точки зрения наблюдателя, прямо на которого направлен вектор оси вращения. Выберите Оба направления (Both Directions) вращения границы, чтобы определить направление вращения. В этом случае направление определяется на основе знака скорости вращения, так что положительная скорость соответствует вращению по часовой стрелке, а отрицательная - вращению против часовой стрелки.
Скорость вращения (Rotational Speed)
Вектор оси вращения (Rotational Axis Vector)
Центр вращения (Rotational Center)
Осевая скорость (Axial Velocity)
Выход (Output)
Симметрия
Симметрия потока означает отсутствие сдвига (идеальное скольжение) и отсутствие нормального компонента скорости на границе (нет проходящего потока). Симметрия потока означает также отсутствие нормального градиента давления на границе. Симметрия потока отличается от граничных условий для стенки при наличии сдвига. Граничное условие Симметрия (Symmetry) для потока обычно соответствует физической симметрии в модели. Однако это не обязательно, если воздействие граничного условия является логическим. Например, можно использовать это условие для моделирования свободной поверхности.
В качестве выходных данных граничного условия Симметрия (Symmetry) доступны интегрированные величины Площадь (Area) и Нормаль (Normal).
Заданный выход давления
Граничное условие Заданный выход давления (Specified Pressure Outlet) используется для задания статического давления рядом с отверстием, через которое предполагается выход потока из области. В случае обратного потока можно также добавить источник имульса с помощью связанного параметра Скорость обратного потока (необязательно) (Back Flow Velocity(optional)) и соответствующих входных данных (X, Y, Z). Заданный выход давления определяет массовый тепловой поток по границе как часть решения.
Граничное условие Заданный выход давления (Specified Pressure Outlet) содержит следующие опции.
Давление (Pressure) - определяет статическое давление при выпуске. Если свойства жидкости зависят от давления, должно использоваться абсолютное давление. Либо это может быть относительное давление, например показания измерителя.
профиль скорости (Velocity Profile) - задает один из следующих профилей скорости для граничного условия Заданный выход давления (Specified Pressure Outlet).
Определен пользователем (User Specified) - указывает скорость обратного потока. Используйте параметр Скорость обратного потока (необязательно) (Back Flow Velocity(optional)), связанный с условием Заданный выход давления (Specified Pressure Outlet), чтобы включить источник имульса для любого обратного потока на этой границе. Значения вводятся в терминах компонентов скорости X, Y и Z. Параметр Скорость обратного потока (необязательно) (Back Flow Velocity(optional)) непосредственно не влияет на массовый тепловой поток. Он добавляет или отнимает источники имульса для любой жидкости, втекающей обратно в область. Поток на заданном выходе давления может входить в область или выходить из нее. Если поток выходит из области на заданном выходе давления (как ожидалось), значение Скорость обратного потока (необязательно) (Back Flow Velocity(optional)) не оказывает никакого воздействия. Дополнительный параметр Скорость обратного потока (необязательно) (Back Flow Velocity(optional)) важен в том случае, если входящая жидкость имеет относительно высокий скоростной напор.
Равномерно (Uniform) - равномерная скорость на выходе.
Полностью развитый (Fully Developed) - профиль скорости на границе подобен (по форме) профилю скорости в центрах ячеек, расположенных непосредственно ниже.
Выход (Output)
Заданный вход давления
Граничное условие Заданный вход давления (Specified Pressure Inlet) используется для задания статического давления рядом с отверстием, через которое предполагается вход потока в область. Также для этого типа граничного условия можно добавить источник имульса с помощью ввода связанной скорости. Заданный вход давления (Specified Pressure Inlet) определяет массовый тепловой поток по границе как часть решения и содержит следующие опции.
Давление (Pressure) - контролирует статическое давление при впуске. Можно включить эффекты динамического давления с помощью дополнительного параметра Скорость (необязательно) (Velocity(optional)). Если входящая жидкость имеет относительно высокий скоростной напор, используйте вместо заданного входа давления граничное условие Заданное полное давление (Specified Total Pressure).
Профиль скорости (Velocity Profile) - может принимать значения Определен пользователем (User Specified), Равномерный (Uniform) или Полностью развитый (Fully Developed).
Определен пользователем (User Specified) - указывает скорость обратного потока. Используйте параметр Скорость (необязательно) (Velocity(optional)), связанный с условием Заданный вход давления (Specified Pressure Inlet), чтобы включить источник имульса для любой жидкости, входящей в область на этой границе. Значения вводятся в терминах компонентов скорости X, Y и Z. Дополнительный параметр Скорость (необязательно) (Velocity(optional)) не влияет на массовый тепловой поток непосредственно, а только добавляет или вычитает источники имульса для жидкости на входе. Поток в заданном входе давления может входить в область или выходить из нее. Если в заданном входе давления поток выходит из области, значения дополнительного параметра Скорость (необязательно) (Velocity(optional)) не имеют никакого эффекта. Дополнительный параметр Скорость (необязательно) (Velocity(optional)) важен в том случае, если входящая жидкость имеет относительно высокий скоростной напор.
Равномерно (Uniform) - равномерная скорость на входе.
Полностью развитый (Fully Developed) - профиль скорости на границе подобен (по форме) профилю скорости в центрах ячеек, расположенных непосредственно ниже.
* 
Если входящая жидкость имеет относительно высокий скоростной напор, также можно использовать граничное условие Заданное полное давление (Specified Total Pressure) вместо условия Заданный вход давления (Specified Pressure Inlet).
Резистивно-емкостный
Параметр Резистивно-емкостный (Resistor Capacitor) позволяет выбирать различные одномерные (1-D) модели, чтобы определить взаимосвязь между потоком и давлением для выбранной границы. Массовый тепловой поток (кг/с), выходящий из области, имеет положительное значение. Для опции Модель (Model) параметра Резистивно-емкостный (Resistor Capacitor) доступны следующие модели.
Кривая DP-Q (DP-Q Curve) - определяет скорость потока как функцию давления.
где
Q
Объемный поток (м3/с)
Pambient
Давление среды (Па)
dP
Значение (Pcell - Pambient) рассчитывается и доступно как локальная переменная редактора выражений
Опция Кривая DP-Q (DP-Q Curve) требует использовать выражения или таблицы, определяющие скорость потока Q как функцию перепада давлений (dP) для поля ввода Объемный поток (Volumetric Flux). В противном случае нет никакой зависимости от разности давления (dP) как функции Внешнего давления (Environment Pressure), и граничное давление ячейки рассчитывается программным кодом и доступно как локальная переменная редактора выражений. Единицей измерения dP является Паскаль.
Отверстие (Orifice) - объемный поток вычисляется так, как если бы в границе имелось круглое отверстие. Уравнение и входные параметры имеют следующий вид:
где
Q
Объемный поток (м3/с)
Δp
(Psystem - давление среды) (Па)
ρ
Плотность жидкости в ячейке выше по течению (кг/м3)
D
Диаметр диафрагмы (м)
Do
Диаметр стенки выше по течению, окружающей диафрагму (предполагается, что он намного больше D, так что (D/Do)4 можно игнорировать).
См. Frank M. White, Viscous Fluid Flow, 1974 ISBN 0-07-069710-8, стр. 227
Резистор (Resistor) - объемный тепловой поток по границе вычисляется на основе перепада давлений и эффективного сопротивления. Уравнение и входные параметры имеют следующий вид:
где
Q
Объемный поток (м3/с)
Δp
Pсистемы - давление среды (Па)
r
Резистор (Па-с/м3)
Конденсатор (Capacitor) - объемный тепловой поток по границе вычисляется на основе перепада давлений и емкости.
2 элемента (2 Elements) - взаимосвязь между потоком и давлением для выбранной Границы (Boundary) определяется на основе схемы, состоящей из резистора и конденсатора. Уравнение для 2-элементного конденсатора резистора имеет следующий вид:
где
Q
Объемная скорость потока (м3/с)
ΔP
Системное давление - давление среды (Па)
R
Резистор-R (Па-с/м3)
C
Конденсатор (м3/Па)
* 
Это граничное условие основано на 2-элементной модели Виндкесселя, которая используется для моделирования кровотока через сердце. См. 1) Daniel R. Kerner, Ph.D. и 2) Broemser, Ph., et. al., "Uber die Messung des Schlagvolumens des Herzens auf unblutigem Weg'', Zeitung für Biologie 90 (1930) 467-507.
3 элемента (3 Elements) - взаимосвязь между потоком и давлением для выбранной Границы (Boundary) определяется на основе схемы, состоящей из двух резисторов и одного конденсатора. Уравнение для 3-элементного конденсатора резистора имеет следующий вид:
где
I
Объемная скорость потока (м3 /с)
ΔP
Системное давление - давление среды
r
Резистор (Па-с/м3)
R
Резистор-R (Па-с/м3)
C
Конденсатор (м3/Па)
Массовый тепловой поток (кг/с), выходящий из области, имеет положительное значение.
* 
Это граничное условие основано на 3-элементной модели Виндкесселя, которая часто используется для моделирования кровотока через сердце. См. 1) Daniel R. Kerner, Ph.D. и 2) Broemser, Ph., et. al., "Uber die Messung des Schlagvolumens des Herzens auf unblutigem Weg'', Zeitung für Biologie 90 (1930) 467-507.
Интерфейсное условие
Интерфейсное условие для модуля Поток (Flow) является таким же, как граничные условия, только если одна из сторон интерфейса является Погашенной (Blanked) для потока. Если модуль Поток (Flow) является активным с обеих сторон Интерфейса (Interface), может быть назначен только Интерфейс по умолчанию (Default Interface).
Интерфейс по умолчанию (Default Interface) - это опция по умолчанию модуля Поток (Flow) для интерфейса, соединяющего жидкость с жидкостью. Используемое для модуля Поток (Flow) условие Выход (Output), доступное с Интерфейсом по умолчанию (Default Interface), включает площадь, нормаль, массовую скорость потока, объемную скорость потока, имульс, силу давления, среднее полное давление, давление и среднее статическое давление.
Следующие интерфейсные условия и связанные параметры Потока (Flow) можно определить для выбранного Интерфейса (Interface) в модуле Поток (Flow) на панели "Свойства" (Properties).
Веер (Fan) - задаются параметры Направление потока (Flow Direction), Кривая DP-Q (DP-Q Curve) для взаимосвязи между потоком и давлением и Завихрение (Swirl) (определяется с использованием параметров Центр (Center), Тангенциальная скорость (Tangential Velocity) и Радиальная скорость (Radial Velocity)).
Скачок давления (Pressure Jump) - задаются параметры Направление потока (Flow Direction), Кривая DP-Q (DP-Q curve) для взаимосвязи между потоком и давлением и Завихрение (Swirl) (определяется с использованием параметров Центр (Center), Тангенциальная скорость (Tangential Velocity) и Радиальная скорость (Radial Velocity)).
Пористая поверхность (Porous Surface) - позволяет добавить сопротивление вследствие проницаемого интерфейса, соединяющего жидкость с жидкостью. С моделью пористой поверхности связаны следующие переменные: Толщина (Thickness), Проницаемость (Permeability) и Квадратичный коэффициент (Quadratic Coefficient). Перепад давлений на единицу расстояния в интерфейсе рассчитывается с использованием закона Дарси - Форхгеймера:
Падение давления на интерфейсе рассчитывается умножением F на конечную толщину. Пористость задается в модуле Общие (Common).
Вывод
Интегрированные величины, доступные в качестве выходных данных модуля Поток (Flow) для Границ (Boundaries), показаны в выходных переменных.