通過學習本算例您將獲得？

1、學會使用workbench+cfx模塊進行室內通風的流場計算

2、學會利用cfd-post相關后處理（溫度場、速度場、流線動畫） 來評價室內氣流組織狀況

 

目 錄

1. 摘要

2. 案例描述

3. 操作步驟

3.1. 風道仿真

3.2. 室內仿真分析

4. 本章小結

1.  摘要

本例以室內通風為例，用ANSYS 19.0軟件，對室內流場進行仿真，包括流動材料屬性、邊界條件、求解和后處理的設置。計算流場內各物理量的分布，可用于評判室內空間流動狀況。

 

2.  案例描述

本例仿真辦公環境流場狀態，其中包含計算機及操作人員。第一部分為仿真空氣在管路中的流動，最終獲得房間進風口處的流動參數；然后將兩個風道出口數據設置為于房間進口邊界，計算室內流動。本例將演示如何使用workbench 下的CFX模塊實現進出口管路流場及室內流場的模擬。

        

3.    操作步驟

3.1.   風道仿真

3.1.1.   準備工作

3.1.1.1.   創建Workbench工程文件

(1)將網格文件duct_mesh.cfx5和room.cfx5拷貝至英文文件目錄下，打開Workbench工程文件，將工程項目保存名為RoomStudy至網格文件目錄下。

 

(2)鼠標雙擊Analysis Systems中的Fluid Flow（CFX），在Project Schematic中創建CFX仿真流程模塊

3.1.1.2.   進入CFX界面

雙擊Setup 進入CFX-Pre界面

3.1.1.3.   導入網格文件

在【File】>【Import】>【Mesh…】,選擇【Files of type】為【ICEM CFD（*cfx *cfx5 *msh）】，在視圖窗口選取網格文件duct_mesh.cfx5，單擊【Open】導入網格。此時，圖形界面中可以查看到導入的網格形態。

3.1.2.   物理模型設置

3.1.2.1.   定義流體材料

雙擊Outline下Default Domain，在Basic Settings標簽欄下的Material中，點擊下拉菜單，選擇Air Ideal Gas。保持【Domain Models】>【Pressure】>【Reference Pressure】欄里值為1[atm]。

切換到Fluid Models標簽欄下，選擇【Heat Transfer】>【Option】>【Isothermal】，設置Fluid Temperature為21[C]。

設置【Turbulence】>【Option】>【Shear Stress Transport】，其余為默認設置。

點擊【OK】完成設置。

3.1.2.2.   定義流場邊界

(1)進口邊界設置

在Outline下的Default Domain行單擊右鍵，選擇【Insert】>【Boundary】選項，在Name欄后填入“INLET”，點擊【OK】。

進入到Basic Settings設置欄中，保持【Boundary Type】>【Inlet】。選擇【Location】>【INLET】。

切換至Boundary Details設置欄中，設置【Mass And Momentum】>【Option】>【Total Pressure(stable)】>【Relative Pressure】>0[Pa]，其余設置為默認，點擊【OK】完成設置。

(2)出口1邊界設置

在Outline下的Default Domain行單擊右鍵，選擇【Insert】>【Boundary】選項，在Name欄后填入“VENT1”，點擊【OK】。

進入到Basic Settings設置欄中，保持【Boundary Type】>【Outlet】。選擇【Location】>【VENT1】。

切換至Boundary Details設置欄中，設置【Mass And Momentum】>【Mass Flow Rate】>0.225[kg s^-1]，點擊【OK】確認設置。

(3)出口2邊界設置

在Outline下的Default Domain行單擊右鍵，選擇【Insert】>【Boundary】選項，在Name欄后填入“VENT2”，點擊【OK】。

進入到Basic Settings設置欄中，保持【Boundary Type】>【Outlet】。選擇【Location】>【VENT2】。

切換至Boundary Details設置欄中，設置【Mass And Momentum】>【Mass Flow Rate】>0.225[kg s^-1]，點擊【OK】確認設置。

3.1.2.3.   求解器設定

在Outline下雙擊選擇Solver Control，在Basic Settings標簽欄下勾選Conservation Target選項，其余設置為默認，點擊【OK】確認設置。

3.1.2.4.   監測值設置

在Outline下雙擊Output Control，在Monitor標簽欄中，勾選Monitor Objects，在Monitor Points and Expressions選項欄中創建新的監測點，默認名稱為Monitor Point 1，【Option】>【Expression】>【Expression Value】>areaAve(Velocity w)@VENT1，點擊【OK】確認設置。

3.1.3.   求解設置

3.1.3.1.   關閉CFX-Pre窗口，退回至Workbench界面。

3.1.3.2.   雙擊Solution，進入到CFX求解設置界面。

 

3.1.3.3.   選擇Double Precision(可選)。

3.1.3.4.   選擇【Parallel Environment】>【Run Mode】>… 調整并行核數(可選)。

3.1.3.5.   在打開的CFX-Solver求解器中選擇【Start Run】。

3.1.4.   CFD-POST后處理設置

在Workbench界面下，雙擊Results  。進入到CFD-POST界面下。

3.1.4.1.   輸出出口截面速度分布

(1)在菜單欄【File】>【Export】>【Export…】

(2)在Option選項欄中，命名輸出文件名為vent1.csv，輸出路徑按照默認輸出至user_files文件夾下

(3)設置【Type】>【BC Profile】，【Location】>【VENT1】

(4)設置【Profile Type】>【Inlet Velocity】

(5)點擊【Save】保存。

3.1.4.2.   輸出出口截面速度分布

(1)在菜單欄【File】>【Export】>【Export…】

(2)在Option選項欄中，命名輸出文件名為vent2.csv，輸出路徑按照默認輸出至user_files文件夾下

(3)設置【Type】>【BC Profile】，【Location】>【VENT2】

(4)設置【Profile Type】>【Inlet Velocity】

(5)點擊【Save】保存

3.1.4.3.   退出后處理模塊，在Workbench下重命名模塊為duct。

3.2.   室內仿真分析

3.2.1.   準備工作

在Workbench下Toolbox欄下，鼠標雙擊Component Systems中的CFX，在Project Schematic中創建新的CFX仿真流程模塊，將模塊重命名為room。

3.2.1.1.   進入CFX界面

雙擊Setup 進入CFX-Pre界面

3.2.1.2.   導入網格文件

在【File】>【Import】>【Mesh…】,選擇【Files of type】為【ICEM CFD（*cfx *cfx5 *msh）】，在視圖窗口選取網格文件room.cfx5，單擊【Open】導入網格。此時，圖形界面中可以查看到導入的網格形態。

3.2.2.   物理模型設置

3.2.2.1.   定義流體屬性

雙擊Outline下Default Domain，在Basic Settings標簽欄下的Material中

點擊下拉菜單，選擇Air Ideal Gas。保持【Domain Models】>【Pressure】>【Reference Pressure】欄里值為1[atm]。設置【Buoyancy Model】>【Option】>Buoyant，設置【Gravity X Dirn.】>0[m s^-2]，【Gravity Y Dirn.】>0[m s^-2]，【Gravity Z Dirn.】>-g，設置【Bouy. Ref. Density】>1.185[kg m^-3]。

切換到Fluid Models標簽欄下，選擇【Heat Transfer】>【Option】>【Thermal Energy】，設置【Turbulence】>【Option】>【Shear Stress Transport】，其余為默認設置。

繼續切換至Initialization標簽欄下，勾選Domain Initialization選項，設置【Temperature】>【Option】>【Automatic with Value】>【Temperature】>21[C]

點擊【OK】完成設置。

3.2.2.2.   讀入邊界條件文件

在菜單欄中選擇【Tools】>【Initialize Profile Data】，在彈出的對話框中選擇【Data File】為vent1.csv。

點擊【OK】確認文件導入。

同理，重復以上步驟，導入vent2.csv文件。

導入之后，在Outline中User Functions欄里將查看到兩個用戶定義的函數VENT1和VENT2。

3.2.2.3.   定義流場邊界

(1)進口1邊界設置

在Outline下的Default Domain行單擊右鍵，選擇【Insert】>【Boundary】選項，在Name欄后填入“vent1”，點擊【OK】。

進入到Basic Settings設置欄中，保持【Boundary Type】>【Inlet】。選擇【Location】>【VENT1】。勾選【Use Profile Data】選項，設置【Profile Boundary Setup】>【Profile Name】>VENT1，點擊【Generate Values】。

切換至Boundary Details設置欄中，確認【Mass And Momentum】下設置，定義【Heat Transfer】>【Option】>【Static Temperature】>21[C]，其余設置為默認，點擊【OK】完成設置。

(2)進口2邊界設置

在Outline下的Default Domain行單擊右鍵，選擇【Insert】>【Boundary】選項，在Name欄后填入“vent2”，點擊【OK】。

進入到Basic Settings設置欄中，保持【Boundary Type】>【Inlet】。選擇【Location】>【VENT2】。勾選【Use Profile Data】選項，設置【Profile Boundary Setup】>【Profile Name】>VENT2，點擊【Generate Values】。

切換至Boundary Details設置欄中，確認【Mass And Momentum】下設置，定義【Heat Transfer】>【Option】>【Static Temperature】>21[C]，其余設置為默認，點擊【OK】完成設置。

(3)工作人員體表邊界設置

在Outline下的Default Domain行單擊右鍵，選擇【Insert】>【Boundary】選項，在Name欄后填入“workers”，點擊【OK】。

進入到Basic Settings設置欄中，保持【Boundary Type】>【Wall】。選擇【Location】>【WORKERS】。

切換至Boundary Details設置欄中，定義【Heat Transfer】>【Option】>【Temperature】>37[C]，其余設置為默認，點擊【OK】完成設置。

(4)出口邊界設置

在Outline下的Default Domain行單擊右鍵，選擇【Insert】>【Boundary】選項，在Name欄后填入“outlet”，點擊【OK】。

進入到Basic Settings設置欄中，保持【Boundary Type】>【Opening】。選擇【Location】>【OUTLET】。

切換至Boundary Details設置欄中，定義【Mass And Momentum】>【Relative Pressure】>0[Pa]?！綡eat Transfer】>【Option】>【Opening Temperature】>21[C]，其余設置為默認，點擊【OK】完成設置。

(5)顯示器邊界設置

在Outline下的Default Domain行單擊右鍵，選擇【Insert】>【Boundary】選項，在Name欄后填入“monitors”，點擊【OK】。

進入到Basic Settings設置欄中，保持【Boundary Type】>【Wall】。選擇【Location】>【MONITORS】。

切換至Boundary Details設置欄中，定義【Heat Transfer】>【Option】>【Temperature】>【Fixed Temperature】>30[C]，其余設置為默認，點擊【OK】完成設置。

 

(6)機箱邊界設置

在Outline下的Default Domain行單擊右鍵，選擇【Insert】>【Boundary】選項，在Name欄后填入“computerVent”，點擊【OK】。

進入到Basic Settings設置欄中，設置【Boundary Type】>【Outlet】。選擇【Location>【COMPUTER1VENT,COMPUTER2VENT,COMPUTER3VENT,COMPUTER4VENT】。

切換至Boundary Details設置欄中，設置【Mass And Momentum】>【Mass Flow Rate】>0.132[kg s^-1]。定義【Heat Transfer】>【Option】>【Static Temperature】>40[C]，其余設置為默認，點擊【OK】完成設置。

(7)機箱邊界設置

在Outline下的Default Domain行單擊右鍵，選擇【Insert】>【Boundary】選項，在Name欄后填入“computerIntake”，點擊【OK】。

進入到Basic Settings設置欄中，保持【Boundary Type】>【Outlet】。選擇【Location】>【OUTLET】。

切換至Boundary Details設置欄中，設置【Mass And Momentum】>【Mass Flow Rate】>0.132[kg s^-1]。其余設置為默認，點擊【OK】完成設置。

3.2.2.4.   求解器設定

在Outline下雙擊選擇Solver Control，在Basic Settings標簽欄下設置【Convergence Control】>【Max. Iterations】>750。調整【Fluid Timescale Control】>【Timescale Control】>【Physical Timescale】>2[s]。勾選Conservation Target選項，其余設置為默認，點擊【OK】確認設置。

3.2.2.5.   監測值設置

在Outline下雙擊Output Control，在Monitor標簽欄中，勾選Monitor Objects，在Monitor Points and Expressions選項欄中創建新的監測點，命名為temp，【Option】>【Expression】>【Expression Value】>massFlowAve(Temperature)@outlet，點擊【OK】確認設置。

3.2.3.   求解設置

3.2.3.1.   關閉CFX-Pre窗口，退回至Workbench界面。

3.2.3.2.   雙擊B3模塊中Solution，進入到CFX求解設置界面。

3.2.3.3.   選擇Double Precision(可選)。

3.2.3.4.   選擇【Parallel Environment】>【Run Mode】>… 調整并行核數(可選)。

3.2.3.5.   在打開的CFX-Solver求解器中選擇【Start Run】。

3.2.4.   CFD-POST后處理設置

在Workbench界面下，雙擊Results 。進入到CFD-POST界面下。

3.2.4.1.   顯示剖面溫度

(1)在菜單欄【Insert】>【Location】>【Plane】，點擊【OK】

(2)選擇【Method】>ZX Plane, 【Y】>1.2[m]

(3)切換至Color標簽欄，設置【Mode】>【Variable】>【Temperature】，設置【Range】>【Local】

(4)點擊【Apply】確認設置。

同理，設置ZX平面Y=2[m]，Y=5.1[m]及XY平面Z=0.25[m]，查看對應截面溫度分布。

3.2.4.2.   顯示剖面速度云圖分布

(1)在菜單欄【Insert】>【Contour】，點擊【OK】

(2)選擇Geometry標簽下，選擇【Locations】>Plane 1

(3)選擇【Variable】>Velocity, 【Range】>【User Specified】>0[m s^-1], 3[m s^-1]

(4)設置【# of Contours】>31

(5)點擊【Apply】

 

3.2.4.3.   顯示剖面速度矢量分布

(1)在菜單欄【Insert】>【Vector】，點擊【OK】

(2)選擇Geometry標簽下，選擇【Locations】>Plane 1

(3)選擇Symbol標簽欄下【Symbol Size】>0.1, 勾選【Normalize Symbols】。

(4)點擊【Apply】

3.2.4.4.   創建流線

(1)在菜單欄中【Insert】>【Streamline 1】

(2)點擊【OK】

(3)在Geometry標簽中選擇【Definition】>【Start From】> vent1,vent2

(4)選擇Color標簽下【Range】>Local

(5)點擊【Apply】

3.2.4.5.   創建流線動畫

(1)選擇【Tools】>【Animation】

(2) 在Outline中選擇Streamline 1

(3) 選擇【Repeat】>1

(4)勾選【Save Movie】選項，點擊，即可生成動畫。

4.    本章小結

本節內容為室內通風仿真分析實例。介紹了機房環境下流場仿真在Workbench下操作步驟，仿真過程包括材料屬性設置、邊界條件設置、計算設置和后處理的設置以及利用Profile文件將計算結果輸出為其他計算的邊界條件。

文章來源：CFD入門到精通