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密闭空间温度和风速的数值模拟
本工程以一房间为例,房间的长为 4 米,宽为 2 米,高为 2 米,在建筑中有窗户、送风 口、排风口、和人。其中窗户的尺寸为长 2 米,高 1 米,窗户底边距地面的距离为 0.5 米, 送风口的尺寸为 1000mm× 500mm;出风口的尺寸为 500mm× 500mm;人的身高为 1 米。本 工程就是对这一房间进行数值模拟,具体的操作步骤

如下: ·一、建模 1、打开 Gambit 操作界面 2、建立建筑内部的模型 操作过程如下: Operation→Geometry→Volume→Create Real Brick→Apply 通过点、线、面建立建筑模型 建点的操作过程如下: Operation→Geometry→Vertex→输入坐标然后复制粘贴→Apply 点连成线操作过程如下: Geometry→Edge→shift+所选的点→Apply 线成面操作过程如下: Geometry→Face→shift+所选的线→Apply 面成体操作过程如下: Geometry→Volvme→shift+所选的面→Apply 体减体操作过程如下: Geometry→Volvme→shift+所选的体→Apply 通过 Gambit 建模所得到的具体模型如图 1 所示

图 1.物理模型

二、网格划分
将模型建立后导入 ICEM 中进行网格划分。 1、操作过程如下: File→export→ACIC;将此文件保存到具体的文件夹中。 2、打开 ICEM 操作界面 3、修改工作路径 File→change working Direction 4、找到文件所在位置 File→Import Geometry→找到在 Gambit 中所保存的 ACIC 文件并 打开, 5、对原模型进行修补 Geometry→repair→geometry→设置 build topology tolerance 为 0.001→Apply 6、在原模型基础上创建 part 操作为 geomety→鼠标右击 parts→create part→输入名称并 点击 entities 选择创建的部分→Apply。 7、创建完 part 后开始画网格,具体操作为 mesh→global mesh set up,在该操作界面依 次设置画网格所需要的数据,然后单击 Apply。 8、对新创建的 part 设置数据操作为 mesh →part mesh set up→网格大小设置→Apply 9、进行网格绘制 mesh →comput mesh→volume mesh→compute 该模型网格数总共为 1036934 个

图 2.网格划分图

10、网格绘制结束后查看网格质量 edit mesh →display mesh quality 11、最后保存该网格, File→Mesh→Save Mesh, 保存生成的网格为 uns 格式。 12、选择求解器。 output→select solver→ 在 output solver 中选择 ANSYS FLUENT→Apply

13、output→write input →进行相关操作后点击 Done。

三、FLUENT 求解计算设置
1、打开 Fluent 操作界面 2、导入模型 file→read→mesh→导入模型→ok 3、检查模型及网格 mesh→check 要求最小体积和最小面积为正数。 4 、 mesh→reorder→domain 使 网 格 尽 可 能 好 , 充 分 操 作 在 bandwidth reduction=1 时候结束 5、设置求解器参数 在 General 面板中进行求解器设置, 首先单击 Scale 按钮, 使得该面板中 显示的 XYZ 数据与自己建模时所用的尺寸单位一致。求解模型 Problem Setup→Model→Energy-off 选 项 , 选 择 打 开 , 采 用 能 量 方 程 。 define→models→viscous-standardk-e,standard wall fn 双击→在 model 中选择 湍流模型→ok。 define→materials→双击 fluid→填写所需数据点击 chang/create。

图 3.ICEM 网络模型 6、对边界条件进行设置(以进风口为例) define→boundary conditions→jinfengkou→其中类型 type 选择 Velocity-inlet→点击 edit→ 点击 Thermal→设定温度为 300k。Meomentum→Velocity Magnitude(m/s)→5。 边界条件设置中,整个模型体为绝热,人体的温度为 31℃。窗户的温度为 25℃。桌子 为绝热。具体操作与以上操作类似。 7、计算设为一阶迎风格式操作 Solution→Solution Methods→scheme 中选择 Simple→在 Momentum 中选择 First Order Upwind 8、 设置收敛临界值。 Solution→Monitor→双击 Residuals-Print, Plot→Residual Monitors 保持默认即可。 9、 设置流场初始化 Solution→Solution Initialization→Initialization 中选择 jinfengkou→点 击 Initialize 完成初始化。

10、保存文件 File→Write→Case。

四、计算结果后处理及分析
1、 进行迭代计算 Solution→Run Calculation→在 Number Of Iterations 中填写 2000→点击 Calculate 进行计算。 2 、 计 算 结 束 后 通 过 操 作 得 到 空 气 速 度 和 温 度 的 云 图 分 布 Results→Graphics and Animations→Graphics 中选择 VeCreat→选择设置的面点击 Display(温度云图和速度云图的 操作一样) 。 3、保存数据文件 file→write→case&data。 4、为更好的保证结果的正确性,本次模拟以进风口速度为 3m/s 时的所得出的云图与进 风口速度为 1.5m/s 时所得出的云图进行比较,进而得出相应的结论。分别绘制进风口、出 风口的温度云图和速度云图。 (1)速度为 3m/s 时的云图

图 4.排风口温度云图

图 5.窗户表面温度云图

图 6.送风口速度云图

图 7.排风速度云图

图 8 窗户速度云图

图 9.送风速度云图 (2)速度为 1.5m/s 时的云图

图 10.排风温度云图

图 11.送风温度云图

图 12.窗户温度云图

图 13.排风速度云图

图 14.送风速度云图

图 15..窗户速度云图


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