空调房间室内气流组织模拟(fluent)

模型[1]
m s，送风温如图，房间左下角有一个空调，送风和回风方向如图所示。

送风速度为1/
度为25℃，壁面温度为30℃。

1．建立模型及网格划分
①建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上，这里直接读入网格文件hvac-room.msh。

②读入网格后应检查网格及网格尺寸，通过Mesh下的Check和Scale进行实现，这里不做详细描述。

2．求解模型的设定
①启动FLUENT。

启动设置如图，这里着重说说Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。

然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。

[1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:312-317
a.几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。

b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动。

c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。

②求解器设置。

这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。

如图：
下面说一说Pressure-based和Density-based的区别：
a.Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力
修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动
也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled
Solver，其实也Pressure-Based Solver的两种处理方法；
b.Density-Based Solver是Fluent 6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解
的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent
具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太
完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning方法来
处理，使之也能够计算低速问题。

Density-Based Solver下肯定是没有SIMPLEC，
PISO这些选项的，因为这些都是压力修正算法，不会在这种类型的求解器中出现
的；一般还是使用Pressure-Based Solver解决问题。

基于压力的求解器适用于求解不可压缩和中等程度的可压缩流体的流动问题。

而基于密度的求解器最初用于高速可压缩流动问题的求解。

虽然目前两种求解器都适用于各类流动问题的求解（从不可压缩流动到高度可压缩流动），但对于高速可压缩流动而言，使用基于密度的求解器通常能获得比基于压力的求解器更为精确的结果。

-湍流模型，Define/Models/Viscous。

③流动模型设置。

这里使用的是kε
a.这里我们使用的湍流模型是Standard kε-模型，这种模型应用较多，计算量适中，
有较多数据积累和比较高的精度，对于曲率较大和压力梯度较强等复杂流动模拟效
果欠佳。

一般工程计算都使用该模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程计算
要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷。

b.壁面函数的选择，我们这里选择的是，标准壁面函数法。

其应用较多，计算量小，
有较高的精度。

适合高雷诺数流动，对低雷诺数流动问题，有压力梯度、高度蒸腾
和大的体积力、低雷诺数和高速三维流动问题不适合。

④激活能量方程。

考虑到传热的存在，需激活能量方程，Define/Models/Energy。

3．材料物性设置
保持默认的air物性，Define/Materials，这里不再详述。

4．计算域设置
一般来讲，计算域与边界条件在建模时已确定，这里只是根据具体需要，设置相关参数。

计算域在这里默认，Define/Cell Zone Conditions，默认流体介质为标准空气。

5．边界条件设置
①设置进口的边界条件。

从Zone列表中选择inlet，并设置Type为velocity-inlet。

再单击Edit弹出Velocity Inlet 对话框。

m s，而Specification Method中的设置如图。

Momentum设置：设置入口速度为1/
在Turbulence Specification Method （湍流定义方法）下拉列表中，可以简单地用一个常数来定义湍流参数，即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。

这里选择Intensity and Hydraulic Diameter，湍流强度与水力直径的确定有相应的计算方法，这里只是采用估算来加以确定。

Thermal设置：设置入口送风温度为298K，即25℃。

②设置出口的边界条件。

从Zone列表中选择outlet，并设置Type为pressure-outlet。

再单击Edit弹出Pressure Outlet 对话框。

压强出口边界条件在流场出口边界上定义静压，而静压的值仅在流场为亚声速时使用。

如果在出口边界上流场达到超音速，则边界上的压强将从流场内部通过差值得到。

其他流场变量均从流场内部通过插值获得。

Momentum设置：使用默认的表压参数值，因为出口为大气压，而Specification Method 中的设置如图。

Thermal设置：对于包含能量计算的问题，需要设定回流总温。

（这里原文中并未设置，提出质疑，认为这里应设置成为外界温度298K，即25℃。

）
③设置壁面的边界条件。

从Zone列表中选择wall，并设置Type为wall。

再单击Edit弹出Wall对话框。

Thermal设置：设置壁面温度为303K，即30℃。

6．求解
①Solution Methods：这里保持默认的求解参数。

②Solution Initialization：对于稳态问题，计算的初始化并不显得那么重要，这里只将Compute from下拉列表中选择inlet，然后点击Initialize按钮。

③Run Calculation：设置迭代步数，开始迭代。

7．后处理
①显示速度云图。

双击击Graphics and Animation/Contours，设置如图
结果如图：
②显示温度云图。

同样，设置如图：
结果如图：。