FLUENT空调导流片扫风模拟教程与实例分析

1 前言

笔者之前做了一个空调房间的仿真案例，彼时提到了用UDF模拟扫风之事，因此今天我们做一个简单的扫风案例。

2 模型与网格

建立如下200mm×20mm的二维平面模型，前端中心有一个宽10mm的风口，空气从此处进行周期性循环扫入，空气密度为1.225kg/m³。

3 边界描述

本案例的本质在于用UDF描述扫风过程，假设扫风过程为：一个循环历时20s，扫风速度（导流片转速）为9°/s，扫风角α在-45°和45°之间变化；假设扫风速度矢量的模Vm不变（为10m/s），亦即变风量送入管道，因为进入管道的风量为垂直于入口面的速度分量乘以入口面积。由于vx为变化的，而入口面积不变，因此送风量随vx进行周期性变化，因此每一个扫风周期内的扫风角和速度分量如下：

   本案例只模拟第一个周期即n=1内的速度分布，因此所需的UDF代码为：

#include "udf.h"#include "udf.h"real vm=10.;real pi=3.1415926;DEFINE_PROFILE(velocity_x, thread, position){real t;face_t f;begin_f_loop(f,thread){t=RP_Get_Real("flow-time");if(t>=0&&t<=10)F_PROFILE(f,thread,position)=vm*cos(pi/20*t-pi/4);else if(t>10&&t<=20)F_PROFILE(f,thread,position)=vm*cos(pi/4-pi/20*(t-10));}end_f_loop(f,thread)}DEFINE_PROFILE(velocity_y, thread, position){real t;face_t f;begin_f_loop(f,thread){t=RP_Get_Real("flow-time");if(t>=0&&t<=10)F_PROFILE(f,thread,position)=vm*sin(pi/20*t-pi/4);else if(t>10&&t<=20)F_PROFILE(f,thread,position)=vm*sin(pi/4-pi/20*(t-10));}end_f_loop(f,thread)}

4 求解设置

本案例我们采用标准k-e湍流模型。

设置入口速度边界，采用速度分量来定义。

出口采用自由流边界。

采用入口值来进行初始化，注意：本案例需要从入口进行初始化更为合适，不然收敛性很差。

设置一个动画，记录管道内空气的速度变化情况。

设置一个监视器，监测管道出口的流量变化情况。

5 计算结果

我们先看一下出口的风量（即送风量）随时间的变化关系，并与已知量进行对比，可以看出两者几乎无异，送风量随时间呈现周期性变化，且变化过程与x方向速度保持一致。

我们看一下每个扫风周期初始时刻的速度矢量，可以明显看到扫风风向。

最后，我们再看一下一个周期内的速度分布变化过程。

需要说明的是，本案例相对简单，实际的扫风方向需要根据实际情况而定，其实就是进行一下坐标变换，读者可以自行尝试。
 

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