1.7　邊界條件的確定

采用數值法模擬湍流動量、熱量、質量的傳遞過程，不但需要正確的數學模型，而且正確的邊界條件設置也很重要。對于速度、溫度、濃度、壓力等這些物理量的邊界條件設置由特定模擬對象決定，而表征湍流動量、熱量、質量傳遞的邊界條件、、、、、則應該由實驗決定。

1.7.1　入口邊界條件

由于相關湍流流動研究得最早，使用模型來預測剪切湍流流動時，取得了令人相當滿意的結果，因此關于入口處的邊界條件設置研究也最廣泛，入口處湍動能通常設置為來流平均動能的一個百分數^{［32～34］}：

而Patankar等^［35］推薦，如當入口處為圓管的充分發展的湍流時，可取下式：

入口處湍動能耗散率ε的設置往往根據入口處的湍動能計算：

式中，，也有文獻令；l為設備的特征尺寸，通常為入口直徑或高度的0.5%～5%。

可見關于入口處邊界條件的設置參數、l還沒有一個統一的結論，也不可能得到完全統一的參數可以應用到所有的情況，因此不同研究者分別針對自己模擬的情況提出自己的參數，使理論預測與實驗測量接近。不過，Patankar等研究表明^［35］，當計算域內湍流運動很強烈時，入口截面上k、ε的取值對計算結果的影響并不大。

關于入口處溫度方差的邊界條件設置研究目前很少，Tavoularis等研究^{［33，36］}的結果是：

近期，Ferchichi等進行了深入研究^［37］，得出的結果是：

可見，兩者幾乎一樣，取其平均值可得溫度方差入口處邊界條件為：

入口處溫度方差耗散率邊界條件的設置文獻中報道很少，劉國標等^{［18，19］}根據湍流傳熱、傳質類似律推薦采用下式計算：

孫志民等^［8］根據質量、熱量傳遞類似律，借鑒文獻的研究結果^{［33，37，38］}，將入口處濃度方差邊界條件設置為：

針對塔板精餾化工過程，假設湍動能與濃度方差耗散時間比為0.9，孫志民等^［8］提出在入口處濃度方差耗散率邊界條件可設置為：

而劉國標等^{［14～17］}針對散堆填料塔內的化學吸收、精餾以及固定床內的氣相反應過程，假設湍動能與濃度方差耗散時間比為0.4，提出在入口處濃度方差耗散率邊界條件可按下式設置，而且計算結果令人滿意：

1.7.2　出口邊界條件

出口邊界位置通常選擇在流動充分發展的地方，即在主流方向x上除了壓力外，所有物理量有：

1.7.3　塔壁邊界條件

在塔壁，邊界條件設置為不滑移壁面，速度、湍動能、湍動能耗散率等于零，在近壁面區，采用標準壁函數法估計流動變量，關于標準壁函數法詳細內容可參閱附錄Ⅰ的Ⅰ.3節、附錄Ⅱ的Ⅱ.3節及本章1.2節。

此外，對于軸對稱的柱坐標系，在對稱軸處（r0）邊界條件設置為所有流動變量在徑向方向上通量為零，即：