FLUENT出风口风量均匀性优化案例详解

1前言
在动力电池主动空气冷却系统中，有种送风方式叫并行送风，可以使空气一起流过各电池单体，减小电池间的温度差异，同时为了各个并行流道的风量尽量均匀，采用楔形流道设计。今天，用一个简单的案例进行描述这种楔形流道。

2模型描述

建立二维平面模型，为了突出楔形流道的作用，同时建立了一个矩形流道，两者进出风口及长度一致。流道总长1000mm，高度100mm，出风口长度300mm。

3求解设置

设定进风速度4m/s，出口压力0Pa，分别采用速度入口和压力出口边界条件；采用标准k-e湍流模型，所有残差收敛标准为10-6，稳态求解。

4计算结果

两种流道的速度分布如下，可以看到，在矩形流道的尖角有流动死区。

我们看一下两种流道的出风口法向速度分布情况，可以看出，楔形流道的出风口法向速度分布相对均匀一些，亦即出风量均匀一些。

为了定量评价两种流道的出风量均匀性，根据通风专业的常用指标，定义速度不均匀系数如下。

计算速度不均匀系数需要编写一个UDF，如下，需要注意的是此段UDF仅适用于串行计算，如果是并行计算，请参考以前的文章（点击文末“阅读原文”查看）

#include "udf.h"#include "prop.h"DEFINE_ON_DEMAND(mycal){ Domain *d=Get_Domain(1); real vn=0.; /*定义法向速度*/ Thread *tn=Lookup_Thread(d,31); /*定义出口的指针*/ face_t f; real va=0.; /*定义法向平均速度*/ real erro=0.; /*定义法向速度均方根差*/ real coe=0.; /*定义法向速度不均匀系数*/ real sum_vn=0.; real sum_erro=0.; real n=0.; /*节点计数*/if(!Data_Valid_P()) return;begin_f_loop(f,tn){vn=fabs(F_V(f,tn));sum_vn+=vn;n++;}end_f_loop(f,tn)va=sum_vn/n;printf("\n平均法向速度为%f m/s \n",va);begin_f_loop(f,tn){vn=fabs(F_V(f,tn));sum_erro+=(vn-va)*(vn-va);}end_f_loop(f,tn)erro=sqrt(sum_erro/n);printf("\n平均法向速度不均匀系数为%f \n",erro/va);}

两种流道的出风口速度不均匀系数分别为0.786871和0.52148，楔形流道的均匀性比矩形流道提高了50%以上。

同时，我们看一下这两种流道的进出口压力，可以看出，矩形流道的压力损失（2.22Pa）比楔形流道压力损失（1.31Pa）大一些，其实楔形流道类似于弯管增加了导流片。

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