FLUENT在室内通风空气龄计算中的模拟应用

空气龄（Age of air）是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间，反映了室内空气的新鲜程度，它可以综合衡量房间的通风换气效果，是评价室内空气品质的重要指标。本教程演示了通过UDF计算模拟室内通风空气龄的简要过程。

1 启动Workbench并建立分析项目

1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 2020→Workbench命令，启动Workbench 2020，进入ANSYS Workbench 2020界面。

2）双击主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）选项，即可在项目管理区创建分析项目A。

2 导入几何体

1）在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，此时会弹出“打开”对话框。

2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入cad几何体文件。

3 划分网格

1）双击A3栏Mesh项，进入Meshing界面，在该界面下进行模型的网格划分。

2）分别右键选择房间入口和出口，在弹出快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，分别设置房间的北侧入风口和南侧出风口，单击OK按钮确认。

3）右键单击模型树中Mesh选项，依次选择Mesh→Insert→Method。Method选择MultiZone。

4）网格参数设置，在Element Size中输入100mm，在Quality中，Smoothing选择High。

5）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

6）网格划分完成以后，单击模型树中Mesh项可以在图形窗口中查看网格。

7）执行主菜单File→Close Meshing命令，退出网格划分界面，返回到Workbench主界面。

8）右键单击Workbench界面中A3 Mesh项，选择快捷菜单中的Update项，完成网格数据往Fluent分析模块中的传递。

4 定义模型

1）双击A4栏Setup项，打开Fluent Launcher对话框，单击OK按钮进入FLUENT界面。

2）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Steady。

3）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择Realizable k-epsilon(2eqn)，在Near-Wall Treatment中选择Enhanced Wall Treatment，单击OK按钮确认并关闭对话框。

5 设置边界条件

1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

2）在边界条件面板中，设置房间北侧两个窗户的压力入口均为2Pa，单击OK按钮确认退出。

3）设置房间南侧四个窗户的压力入口均为0Pa，单击OK按钮确认退出。

6 初始条件

单击主菜单中Solving→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。Initialization Methods中选择Hyper Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。

7 计算求解

单击主菜单中Solving→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。在Number of Iterations中输入1000，单击Calculate开始计算。

8 设置UDF

1）单击主菜单中User-Defined→Functions→Interpreted按钮，导入UDF文件。计算空气龄的UDF编写如下：

#include "udf.h"

DEFINE_SOURCE(mean_age_source, c, t, dS, eqn)

{

real source = C_R(c, t);

dS[eqn] = 0.0;

return source;

}

DEFINE_DIFFUSIVITY(mean_age_diff, c, t, i)

{

return C_R(c, t)*2.88e-05   C_MU_EFF(c, t) / 0.7;

}

2）单击主菜单中User-Defined→Functions→Scalars按钮，激活UDS。

3）修改air的材料属性。将UDS Diffusivity选择为mean_age_diff。

4）在Cell Zone Conditions中设置源项，User Scalar 0选择mean_age_source。

5）设置入口边界的User Scalar 0为0。

6）控制方程只选择User Scalar 0。

7）在继续开始计算。

9 结果后 处理

1）双击A6栏Results项，进入CFD-Post界面。

2）显示空气龄云图。

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