基于phoenics流体仿真软件对自然对流的分析
流体模拟.通用CFD软件-phenics生活小区通风学习资料
1、 CAD下建立模型CAD模型要求：（1）三维实体模型；（2）在第一象限（或建立模型后移动到第一象限）；（3）STL格式输出。
建立如附件的CAD模型“三维实体总图（南区）.dwg”，输出“三维实体总图（南区）.stl”2、打开PHOENICS-VR,进入phoenics;Files;Start new case;Flair(调入CAD模型,按下面操作)OBJObjectNewNew ObjectShapeSTL File浏览找到：三维实体总图（南区）.stlOKThe size from Geometry file 改成 YESGeometry scaling factor 输入：0.001 （备注：CAD是mm单位，phoenics是 m 单位）OK调整PHOENICS-VR窗口（下面在PHOENICS下建立模型）MenuGeometryDomain size 1128 , 994 , 200APPLYOK鼠标选中建筑物模型（下面将建筑物移动到计算区域中间）PositionX:282Y:249ResetFit to windows (适合窗口)Nearest head on （正视窗口）OK下面建立边界条件ObjObjectNewNew objectType 里面选取 WINDAttributesWind speed 4.5Reference high 10Wind direction 45Profile type power lawInclude open sky YESOkOk(备注：以上操作主要设置了下面内容，东北风（45度）10米高的速度，选用了指数来流速度分布，天空的速度也是按指数来流速度计算出的，同时你也可以选取度面的粗糙度)现在已经可以计算，不过在计算前先检查一下网格，缺省设置的网格太粗，需要加密。
MenuGeometryX-auto Y-auto Z-auto 鼠标点击改变成X-Manual Y-Manual Z-ManualX-directionFree allOkY-directionFree allOkZ-directionFree allOkNumber of cells 60 60 20ApplyOkSourcesGravitational forces offPropertiesThe current domain material is 选择 gas 里面的 0号物性OkNumersTotal number of iterations 1500OuputMonitor-cell locationProb position500 500 5 (设置监视点位置)Top MenuOk模型建立结束RunSolverOk计算结束以后进入后处理RunPoster processorVR-viewerOk可以看速度、压力等矢量、标量图，画流线可以作出动画。
气流组织分析
气流组织分析_CFD气流组织模拟采用CFD模拟技术可以进行室内外气流组织的模拟分析。
以某超高层建筑项目为例，使用PHOENICS软件来模拟多联式空调室外机周围风环境，并通过模拟结果来评价布置方案，对设计进行优化。
本工程位于深圳市科技园，总建筑面积约12万m，主体建筑高149m，地上共35层，其中第9层和第24层为避难层，属一类高层办公建筑。
首先按照建筑平面建立一个简化模型，并设定建筑室外气流环境参数及边界条件如下：（1）为使模拟计算接近实际情况，考虑室外风速随高度进行变化。
（2）出流面边界条件设定如下：假定出流面上的流动已发展充分，流动已恢复为无建筑物阻碍时的正常流动，其出口边界相对压力为0；建筑物表面为有摩擦的平滑墙壁。
依据模拟分析结果，最终将本工程的室外机组位置优化为：（1）在考虑系统管长衰减合理的范围内，布置部分机组在屋顶以及第9层、第24层避难层，负责邻近楼层空调；（2）标准层室外机组利用原有空调机房，每隔三层安装一组室外机；（3）避难层室外机组布置在北侧、南侧，标准层室外机组布置在西侧、东侧，做到垂直l方向错开。
（4）裙楼在南、北不同朝向露台布置机组，同朝向的只在其中一层露台布置机组。
（5）露台机组按方式一布置，且只布置一排机组。
风冷多联式空调室外机安装位置的通风状况好坏直接影响室外主机的制冷效率，而室外机安装位置的通风环境与多联机的布置方案密切相关。
由上而实例的分析可以看出，结合CFD模拟技术，将有效地指导设计，能改善风冷多联式空调室外机周围的风环境，以保证机组能高效率地运行。
中国建筑科学研究院环境测控优化研究中心在建筑模拟分析领域处于国内领先水平，应用国际先进的计算机模拟仿真软件，对建筑物理环境进行模拟分析，达到优化设计方案，预测方案效果的目的。
基于BIM模型的室内自然通风模拟研究
基于BIM模型的室内自然通风模拟研究摘要：本文以杭州某办公楼典型层为例，结合BIM模型与CFD风模拟技术探索在室内自然通风模拟中的应用。
基于BIM技术，利用Revit architecture 软件建立建筑模型，并导入到风环境模拟软件Phoenics完成项目的室内通风模拟分析，为建筑设计的“绿色探索”注入高科技力量。
关键词：BIM技术，Phoenics，室内自然通风一、引言随着人们对健康、舒适、节能、绿色室内环境的追求，居住环境的品味不断升高，为满足人体热舒适的要求，对室内空气品质、气流组织要求将越来越高。
自然通风是一种利用室内新鲜空气来改善室内空气品质的被动式通风技术。
众多国内外优秀的建筑都采用此项技术作为其亮点之一，自然通风不仅能满足过渡季室内通风换气的要求，同时也可大幅度降低机械通风设备的能耗。
通过BIM模型，采用数值预测和评价的方法，则是一种更为有效的方法，将越来越被人们所重视。
本文通过杭州某办公楼典型层为例，基于BIM技术完成室内自然通风节能设计，为建筑设计的“绿色探索”注入高科技力量。
利用BIM技术在建筑空间设计方面的优势进行优化设计，为今后室内空间的建筑发展，建筑室内空间的设计提供了极大的保障[1]。
二、案例概况1.建筑简介项目建设地点位于浙江省杭州市，建筑总建筑面积约51000m2，地上15层，建筑性质为办公楼，模拟选取该楼中的典型层（5F），通过BIM建模并运用风模拟软件Phoenics对该办公楼的室内通风特性进行模拟分析。
2.三维建筑信息模型基于BIM技术的设计可直接呈现出可视化的三维模拟模型，根据该办公楼典型层的建筑图纸建立BIM的几何模型，如图1所示。
图1 Revit中的三维建筑信息模型（典型层）3、模型的数据交换Revit Architecture 与建筑环境软件之间的数据交换主要通过两种文件格式进行：gbXML格式或者DXF格式文件[2]。
gbXML格式的文件是以空间为基础的模型，房间的围护结构包含屋顶、内墙和外墙楼板和板、窗、门及洞口，都是以面的形式简化表达的，并没有厚度，而且没有构建的细部。
终稿-流体模拟.通用CFD软件-PHOENICS
点击Reset,出 现右图对话框
此窗口用来调整视
图区对象的位置、 方向、大小等
双击视图中的体， 出现如下对话框
设置颜色
选择对象，在此处 设置位置及尺寸
新建PLATE
将对象移 至合适位置
双击对象，进 行如下操作
点击MENU为项 目标识名字
设置成Manual 单击网格区域 跳出如左窗口
CAD 绘图要点： 1. Stlout导出的模型为体； 2. 建筑方向布置使得来流风向水平或垂直；
文件存入的目录:
模型存入此目
可执行该操作调 出编 辑框等各操作窗口
风速入口 深圳夏季热岛:
东南偏东风 22.5°2.1m/s; 冬季室外风环 境：东北偏北 22.5°3m/s。
OK
点击OBJ出现 如下对话框架
与TECPLOT,FIELDVIEW等专门后处理软件的 接口.
PHOENICS软件的数值模拟库
Phoenics自带了1000多个例题与验证题， 附有完整的可读可改的输入文件Q1,用户可 以从库中找出一个类似的Q1,进行修改.这 样可以节约时间并且富于教益,学习别人的 工作.
下面将介绍一下PHOENICS软 件的基本原理
• TALK=T;RUN(1,1) • GROUP 1. Run title and other preliminaries • GROUP 2. Transience; time-step specification • GROUP 3. X-direction grid specification • GROUP 4. Y-direction grid specification • GROUP 5. Z-direction grid specification • GROUP 6. Body-fitted coordinates or grid distortion • GROUP 7. Variables stored, solved & named • GROUP 8. Terms (in differential equations) & devices • GROUP 9. Properties of the medium (or media) • GROUP 10. Inter-phase-transfer processes and properties • GROUP 11. Initialization of variable or porosity fields • GROUP 12. Convection and diffusion adjustments • GROUP 13. Boundary conditions and special sources • GROUP 14. Downstream pressure for PARAB=.TRUE. • GROUP 15. Termination of sweeps • GROUP 16. Termination of iterations • GROUP 17. Under-relaxation devices • GROUP 18. Limits on variables or increments to them • GROUP 19. Data communicated by satellite to GROUND • GROUP 20. Preliminary print-out • GROUP 21. Print-out of variables • GROUP 22. Spot-value print-out • GROUP 23. Field print-out and plot control • GROUP 24. Dumps for restarts • STOP
基于PHOENICS的管道螺旋流数值模拟
管道 几何模 型和数值 计算 方法
半个 多世 纪 以来 ，研究 者 先后在 流 场测定 法及 数值 模拟 法等 方 面对旋 流分 离 器进行 了大量 的研究 ，并
道螺旋流动现今主要集 中在涡管排沙方 面的应用 。
１３ ９ ３年 ，巴歇尔 首先 论 述 了 涡 管排 沙 措 施 ，美 国 在进 行 了一 系列模 型试 验 的基 础上 修建 了涡 管排 沙 设施 ， ２ 从 ０世 纪 ５ ０年 代 起 不 断有 研 究 成 果 发 表 。
方程如下 ＿ 。 １
（ 苏 ＿ ， 学院 江 苏省 油 气储 运 技 术 重 点 实 验 室 ） 江 ｒＩ －ｋ
摘要
利 用 Ｐ Ｅ １Ｓ计 算流体 软 件 ，对流速 安 放角 为 ５～ ０ 管道 螺旋 流 的形成 及 衰减 规律 ＨＯ ＮＣ ７。
进行 数值 模 拟研 究。数值模 拟 时在 柱 坐标下 采 用二 次 迎 风格 式 离散 动量 方程 和 湍 流 能量 方 程 ，采 用 有 限容积 法和 标准 一 两方程 湍流模 型 。研 究结 果 表 明，流速 安 放 角在 ５～ ０ 之 间 变化 时，所 ３。
¨ｐ （＋ 考
程确 定
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标准 Ｋ 两 方程 湍流模 型 中 ，紊动 动 能 Ｋ由下 述 方 —
— — ＝ ．盯Ｏ＋ — — 蠹（＋）卜 ＋舭 —Ｉ。／Ｊ — 以 ｌｌ ＿ 【 — ｊ 一 ｌ — Ｌ Ｘ ｘ —
维普资讯
石 油
机
械
一 １ 一 ９
CFD软件之phoenics
1流体模拟软件简介英文名称CFD，主要用于解决工程中的流体和传热问题，目前比较好的CFD软件有：Fluent、CFX、Phoenics、Star-CD，除了Fluent是美国公司软件外，其它三个都是英国公司的产品。
FLUENT FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60%。
举凡跟流体，热传递及化学反应等有关的工业均可使用。
它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。
其在石油天然气工业上的应用包括：燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚积、多相流、管道流动等等。
Fluent的软件设计基于CFD软件群的思想，从用户需求角度出发，针对各种复杂流动的物理现象，FLUENT软件采用不同的离散格式和数值方法，以期在特定的领域使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合，从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。
基于上述思想，Fluent开发了适用于各个领域的流动模拟软件，这些软件能够模拟流体流动、传热传质、化学反应和其它复杂的物理现象，软件之间采用了统一的网格生成技术及共同的图形界面，而各软件之间的区别仅在于应用的工业背景不同，因此大大方便了用户。
其各软件模块包括：GAMBIT——专用的CFD前置处理器，FLUENT系列产品皆采用FLUENT公司自行研发的Gambit前处理软件来建立几何形状及生成网格，是一具有超强组合建构模型能力之前处理器，然后由Fluent进行求解。
也可以用ICEM CFD进行前处理，由TecPlot进行后处理。
Fluent5.4——基于非结构化网格的通用CFD求解器，针对非结构性网格模型设计，是用有限元法求解不可压缩流及中度可压缩流流场问题的CFD软件。
可应用的围有紊流、热传、化学反应、混合、旋转流（rotating flow）及震波（shocks）等。
在涡轮机及推进系统分析都有相当优秀的结果，并且对模型的快速建立及shocks处的格点调适都有相当好的效果。
PHOENICS简介
PHOENICS简介1 PHOENICS简介PHOENICS 软件是英国CHAM 公司开发的模拟传热、流动、化学反应、燃烧过程的通用CFD 软件，已经有30 多年的历史，是世界上第一套计算流体力学与计算传热学商用软件，其名字由Parabolic Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration Code Series 几个字母的缩写而来。
PHOENICS 提供了直角坐标系、柱坐标系和适体坐标系三套坐标系统，可用于求解一维、二维及三维空间的可压缩或不可压缩、单相或多相的稳态或瞬态流动。
2 PHOENICS的特点除了通用计算流体/计算传热学软件应该拥有的功能外PHOENICS 软件有自己独特的功能：1、开放性：PHOENICS最大限度地向用户开放了程序，用户可以根据需要任意修改添加用户程序、用户模型。
PLANT及INFORM功能的引入使用户不再需要编写FORTRAN源程序，GROUND程序功能使用户修改添加模型更加任意、方便。
2、CAD接口：PHOENICS可以读入任何CAD软件的图形文件。
3、MOVOBJ：运动物体功能可以定义物体运动，避免了使用相对运动方法的局限性。
4、大量的模型选择：20多种湍流模型，多种多相流模型，多流体模型，燃烧模型，辐射模型。
5、提供了欧拉算法也提供了基于粒子运动轨迹的拉格朗日算法。
6、计算流动与传热时能同时计算浸入流体中的固体的机械和热应力。
7、VR（虚拟现实）用户界面引入了一种崭新的CFD建模思路。
8、PARSOL（CUT CELL)：部分固体处理。
9、软件自带1000多个例题，附有完整的可读可改的原始输入文件。
10、PHOENICS专用模块3 PHOENICS的基本结构PHOENICS软件由前处理模块、计算模块和后处理模块组成。
SATELLITE为PHOENICS 的前处理程序，主要功能是将用户关于某一特殊流动模拟的指令翻译成EARTH 能够懂的语言，通过数据文件将信息传送给EARTH。
非牛顿流体力学的数值模拟及其应用
非牛顿流体力学的数值模拟及其应用引言在自然界和工程应用中，非牛顿流体广泛存在。
与牛顿流体不同，非牛顿流体在流动时会显示出复杂的力学行为。
非牛顿流体力学的数值模拟成为一种重要的研究方法，并在多个领域得到了广泛的应用。
本文将介绍非牛顿流体力学的数值模拟方法以及其在不同领域的应用。
1. 非牛顿流体的基本特性非牛顿流体是指在流动过程中，其粘性和流变特性不符合牛顿流体的黏度常数特性。
常见的非牛顿流体包括聚合物溶液、生物流体、泥浆等。
非牛顿流体的基本特性如下：•流变学特性：非牛顿流体的流变学特性可以分为剪切稀化和剪切增稠两种类型。
剪切稀化是指在受到剪切力时，流体的黏度降低；剪切增稠则是在受到剪切力时，流体的黏度增加。
•温度依赖性：非牛顿流体的黏度通常会随着温度的变化而改变。
不同的温度条件下，黏度的变化也会导致非牛顿流体的流动特性发生变化。
•流动规律：非牛顿流体存在多种流动规律，包括层流、湍流、旋转、抛物线流等。
这些流动规律的存在使得非牛顿流体的数值模拟变得更加复杂。
2. 非牛顿流体力学的数值模拟方法数值模拟是研究非牛顿流体力学的重要手段之一。
通过建立数学模型和计算流体力学方法，可以对非牛顿流体的流动进行模拟和分析。
常用的非牛顿流体力学数值模拟方法包括以下几种：2.1 有限元方法有限元方法是一种广泛应用于非牛顿流体力学的数值模拟方法。
在有限元方法中，将流体领域离散化为有限个小单元，然后通过求解离散方程组得到流体的数值解。
有限元方法在处理非牛顿流体流动时可以考虑复杂的流体力学行为，如剪切增稠和剪切稀化。
2.2 有限差分方法有限差分方法是一种常用的非牛顿流体力学数值模拟方法。
在有限差分方法中，将流体领域离散化为网格，通过将流动方程转化为差分方程，从而求解流体的数值解。
有限差分方法在处理非牛顿流体流动时可以考虑流体力学行为的变化。
2.3 边界元方法边界元方法是一种能够考虑边界条件的非牛顿流体力学数值模拟方法。
在边界元方法中，将流体领域离散为边界元和插值点，通过求解边界积分方程得到流体的数值解。
phoenics培训 室内自然通风模拟
2020/3/9 2020/3/9 Shanghai, China
PHOENICS 培训
1、根据上述 提示，在开口 处设置 opening 2、当前计算 仅考虑室内部 分，所以将模 型中室外部分 做填充
2020/3/9 2020/3/9 Shanghai, China
2020/3/9 2020/3/9 Shanghai, China
PHOENICS 培训
边界条件设置的两种方式：
一、使用wind边界条件： 直接使用wind模块进行来流风 速设置，模型需要处理成楼体 含内部结构。
二、使用opening边界条件: 通过室外风环境模拟结果得 到室内风边界条件。
2020/3/9 2020/3/9 Shanghai, China
PHOENICS 培训
室内自然通风模拟
室内自然通风
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PHOENICS 培训
PHOENICS 培训
将3ds模型导入到Phoenics软件内
2020/3/9 2020/3/9 Shanghai, China
PHOENICS 培训
三、对于不规则图形的捕捉情况
PHOENICS 培训
Opening设置的时候，因为模型外墙曲折，设置工作较复 杂，我建议可以调整外轮廓。 填充模型在建模软件中建好导入。
2020/3/9 2020/3/9 Shanghai, China
PHOENICS 培训
左图是外形调整前后的 opening设置情况： 1、为了定义方便，下 图对外墙进行了调整， 使他们的位置一致（室 内空间无变化） 2、调整前，边界设于 窗户处；调整后可以直 接设置在计算区域的边 界上，仅需要调整 opening的大小不需要 调整位置
基于Phoenics的大型地下空间自然通风仿真分析研究
1引言随着城市化和科学技术发展进程的加快,土地开发与地下空间的充分利用成为城市立体发展的新途径。
因此,各种功能复杂、布局多样、规模庞大的地下空间开始大量兴建,同时也引发了人们对地下空间自然通风的关注和研究[1]。
地上、地下空间环境截然不同,地下空间极为封闭,由于是采用挖掘方式建造,对外界的自然资源(光、空气等)的引入不够灵活,因此环境封闭、自然光线与空气流通都较差,使得地下空间空气质量恶化,致使微生物污染和呼吸道传染疾病的传播,使人体感觉不舒适[2]。
目前,地下通风主要靠机械通风实现,但通风设备的能耗远高于地面通风能耗。
并且随着地下空间的不断发展,对建筑的空间形态及地下室内环境舒适性提出更高的要求,人们开始越来越多地关注地下空间的环境品质,其中,通风环境是影响地下室内环境品质的一个重要因素。
地下空间的建筑在绿色建筑发展过程中仍存在诸多问题,尤其在通风品质与环境方面值得深入探讨。
2地下空间自然通风研究1983年,我国出版了第一部关于指导地下建筑暖通设计的指导性手册《地下建筑暖通空调设计手册》。
2012年,吴正旺等[3]提出小区地下车库社会化策略,建议车库利用天井、庭院、斜坡等景观改善通风。
西南交通大学顾珍等[4]应用Phoenics软件数值模拟得出均匀布置的送风口可改善地下车库内的通风环境。
李珂[5]利用CFD软件实验模拟,综合下沉高度和宽度等因素得出下沉式庭院下沉高度为5m具有最佳的通风效果。
而国外关于通风的研究较早,FracastoroGV采用CFD方法,研究了不同室内外温差、窗户高度下室内垂直温度分布、通风量及室内温度随时间变化的规律。
Letan实验和CFD模拟研究了垂直管道中由自然通风产生的多层建筑被动式通风系统。
Lomas分析计算了通风井作为建筑被动式自然通风的效果。
关于对地下空间自然通风的应用研究,其实践比理论先行,综合国内外的研究发现,理论探究还有待深入和科学量化分析。
3通风井由于自然通风是依靠风压或热压形成自然空气流动,气基于Phoenics的大型地下空间自然通风仿真分析研究Simulation Analysis of Natural Ventilation in Large UndergroundSpace Based on Phoenics方雷，王礼飞，孙贤阳（安徽省城建设计研究总院股份有限公司，合肥230051）FANG Lei,WANG Li-fei,SUN Xian-yang(Anhui Urban Construction Design Institute Corp.Ltd.,Hefei230051,China)【摘要】针对地下空间特殊的环境特点与空间特征，以位于合肥市经开区的某建筑东广场（地下建筑）作为研究对象，探讨不同形式的通风井，利用Phoenics软件分析井壁深度、井壁倾斜角对自然通风效果的影响，得出较合理的通风井井壁深度和井壁倾斜角。
COMSOL_CFD_流体分析技术介绍
Advantages
Disadvantages
•
Low Re k-e turbulence model
– Equations are modified to damp turbulent viscosity close to the wall – Solves for flow right up to the wall; all layers resolved
Simulating inspires innovation
流固耦合（FSI）
• 流体流动与固体力学耦合分析 – 支持层流和湍流 – 精确分析边界应力 – 全耦合FSI分析（大变形） – 单向耦合FSI
2013年5月14日流固耦合专题Webinar 仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
• 有限体积法（FVM）
– – – – 继承了FEM离散格式丰富的优点 比有限元简单的多 守恒性好 被大多CFD商软所采用
应用于COMSOL的 等离子体模块和半导体模块(V4.3b)
我们将在未来的版本中将FVM拓展至CFD模块
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
反应流分析
• 多组分溶质运移 – Fickean和混合物平均公式 – 可考虑电场作用下极化物质的 迁移 – 支持自由流动或者多孔介质中 的物质运移 – 支持湍流混合
• 流体的密度和粘度可与组份浓度 分布相关
Turbulent reacting flow in a multi-jet reactor in a polymerization process.
自然对流数值仿真在家电换热中的应用及其分析
自然对流数值仿真在家电换热中的应用及其分析摘要：自然对流是家电产品中应用很普遍的换热方式，其产生的根本原因在于温差产生的密度差，在重力场的作用下产生流动和对流换热，其流动规律难以确定，表面换热系数以及努赛尔数也很难通过实验得到。
本文通过建立简化的自然对流CFD仿真模型进行此类换热和流动现象的数值计算，然后结合DOE设计方法针对家电产品中常见的换热单元进行参数化优化设计。
关键词：自然对流数值计算优化分析1 引言自然对流是指不依靠外界动力，由流体自身不同区域的温度不同而引起的密度不同，在重力场的作用下形成浮升力从而产生流动和对流换热的现象，虽然其热流密度较低只有10-200W/m2量级，但得益于其安全、经济、无噪音，在家用电器中十分常见，比如低功率电子元器件换热、直冷冰箱、半导体散热、取暖器等等[1]。
2 自然对流简化仿真模型自然对流现象包括换热过程和流动过程，并且其流动也有层流和湍流之分，一般采用格拉晓夫数Gr判断层流向湍流的转变。
根据自然对流热边界层发展情况又可分为大空间自然对流与有限空间自然对流，对于简单的结构形状如平板、圆柱可通过实验关联式计算出准确度较高的解，但是对于较为复杂形状很难短时间内得到有效的经验关联式。
自从Batchelor对自然对流进行数学建模并计算出近似解[2]，数值分析方法就开始应用到自然对流的求解中。
数值分析方法的研究思路是把原本在时间和空间上连续的物理量如温度、速度、压力等采用离散的方式用有限数量的点进行代替从而获得近似解，计算选择较为灵活。
常用湍流模型有可以针对不同的流动类型采用不同的计算模型如高雷诺数模型[3]和低雷诺数模型[4]，根据边界层类型又采取不同的壁面函数[5]。
本文的目的是确定相对简单且能反映问题的CFD仿真模型，首先根据文献[1]中算例进行建模，建立一个厚度0.0005m，高度0.18m，宽度0.1m的平板并进行网格划分，近壁面区域采用网格加密技术，网格数量在100万以上且全部为六面体网格。
PHOENICS求解非稳态导热对流及辐射换热耦合问题
时间步长。 各种有关物质的热物性参数取值为
Κ (W m - 1 K - 1 ) Θ (kg m - 3 ) cp (J kg - 1 K - 1 ) 发热物质 01110 8 1 11110 1 58216 保护纸 0114 730 1 500 金属筒壁 109 8 440 377 空气 01026 7 11093 1 005 木箱 0115 527 2 800
( 4) ( 3) ( 2)
竖直壁面: 2 Α cH 0. 387R a 1 6 N u= = 0. 825 + , 9 16 8 27 Κ [ 1 + ( 0. 492 P r ) ] ( 10- 1 < R a < 1012 ) ; 上水平壁面: Α W 2) c( N u= = 0. 54R a 1 4 , Κ (R a = 2 × 104 ～ 8 × 106 ) , Α W 2) c( N u= = 0. 15R a 1 3 , Κ (R a = 8 × 106 ～ 1011 ) ; 下水平壁面: Α W 2) c( N u= = 0. 58R a 1 5 , Κ (R a = 105 ～ 1011 ). 式中其他各物理量的含义为: u , v 为在 x , y 方向 上, 金属圆筒外壁面与木箱内表面之间的空气自然 对流的速度分量; Λ 为动力粘度; v 为运动粘度; T w 为包装箱外表面的平均温度; T f 为空气温度;
只有当两种不同物质的定压质量热容相同时, 即 cpW = cp P 时, 式 ( 11) 与 ( 10) 相同。对于非稳态传热过程, 物质的定压质量热容对热传递过程有直接影响。 因 此, 不能采取假设 cpW = cp P 的办法, 解决非稳态传递 过程中, 不同物质的交界面处热流密度连续性问题。 解 决这一问题的方法之一是采用 “虚拟密度 [3 ] 法” , 即用 Θ 。于 cp 取代微分方程式 ( 4) 中的密度 Θ 是, 能量微分方程式 ( 4) 可以变换为: 9h 9h 9h Θ cp + Θ cp u + Θ cp v = 9t 9x 9y cp v 9 h cp v 9h 9 Θ 9 Θ ( 12) + + qv 9x P r 9x 9y P r 9y 对比式 ( 12) 与 ( 5) 可以发现, 采用 “虚拟密度法” 后, ( ) 用 PHO EN ICS 114 版本 所求解出的比焓 h 值实 际上就是温度值 T 。为此, 需要将程序中关于焓的 初始值及边界条件中有关焓的值均给成相应的温度 值。 这种方法既适合于存在固体—固体界面, 也适用 于存在固体—流体界面的计算域中, 能量方程的 求解。 由于自然对流速度场与非稳态温度场是相互耦 合的, 对于每一时间步长, 动量方程、 连续性方程和 能量方程在相互耦合求解之后, 再进入下一个时间 步长。PHO EN ICS ( 114 版本) 在求解非稳态导热与 自然对流换热耦合问题的过程中, 要求控制方程组
气流仿真实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解气流仿真实验的基本原理和方法；2. 掌握气流仿真软件的使用方法；3. 通过仿真实验，分析气流在不同条件下的变化规律；4. 提高对气流现象的理解和应用能力。
二、实验原理气流仿真实验是利用计算机模拟流体运动的方法，通过数值模拟技术对气流进行计算和分析。
实验中，通常采用有限差分法、有限体积法等数值方法对控制方程进行离散化，然后通过迭代求解得到流场分布。
三、实验设备1. 电脑：用于运行气流仿真软件；2. 气流仿真软件：如FLUENT、ANSYS CFX等；3. 辅助设备：打印机、U盘等。
四、实验步骤1. 准备实验数据：确定实验区域、边界条件、初始条件等；2. 建立模型：在气流仿真软件中建立实验模型，包括几何模型、网格划分等；3. 设置参数：设置流体的物理参数、边界条件、初始条件等；4. 运行仿真：启动仿真软件，进行计算；5. 分析结果：观察流场分布、速度分布、压力分布等，分析气流变化规律；6. 撰写实验报告。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）流场分布：通过仿真实验，得到实验区域的流场分布图，观察气流在各个区域的流动情况；（2）速度分布：分析气流在各个区域的流速变化，了解气流速度分布规律；（3）压力分布：分析气流在各个区域的压力变化，了解气流压力分布规律。
2. 结果分析（1）流场分布：从仿真实验结果可以看出，气流在实验区域内的流动较为平稳，无明显涡流产生；（2）速度分布：气流在实验区域内的速度分布较为均匀，流速最大值出现在实验区域的入口处，随着距离入口的距离增加，流速逐渐减小；（3）压力分布：气流在实验区域内的压力分布较为均匀，压力最大值出现在实验区域的入口处，随着距离入口的距离增加，压力逐渐减小。
六、实验结论1. 通过气流仿真实验，验证了仿真软件在气流模拟方面的可靠性；2. 分析了气流在不同条件下的变化规律，为实际工程应用提供了理论依据；3. 培养了学生对气流现象的理解和应用能力。
PHOENICS2009软件介绍
其他应用范围
航空航天、船舶、汽车、环境、能源动力、化工等领域 还可模拟流体流动、传热、化学反应及相关现象
船舶
动力机械
1.3 VR操作界面
1.3 VR操作界面
界面控制面板
1.4 PHOENICS主要结构
前处理
求解器
后处理
1.5 PHOENICS模拟思路
实物
简化
指导
PARSOL
坐标系选择
计算域尺寸 网格数
分块网格 加密处理
稳态与非稳态
b.
PASOL技术对网格质量
优化 PARSOL技术就是一种捕捉曲面和网格的交点，然后线性连接起
来，从而避免了边界上因结构化网格而产生的阶梯形。
处于off或on状态时候， 所得的网格质量差别 如下图所示
同样的网格尺寸与大小， 当pasol功能处于off时： 物体的外形扑捉如图
运动物体 1，1，1
0，1，0.2
Mof文件
例六 操作
Inform 最新
file://C:\phoenics\d_polis\d_wkshp\inform\w sinf2.htm
file://C:\phoenics\d_polis\d_wkshp\inform\wsinf3.htm
舒适度：PMV预测平均热感觉指标
湿度计算：包括湿度率和相对湿度等
空气龄计算
烟气计算：PMV、烟气密度、可视度
2.2.3 边界条件设 置 例如： ① 散流器
② 喷淋
③ Wind
2.2.4 计算域网格的调 整
a. 网格疏密的调整操作 单击Geometry，设定计算域，具体如下：
1.坐标系的选取，有笛卡尔坐标，圆柱极坐标，贴体坐标； 2.定常和非定常求解选择； 3.计算域的设置，即Domain Size； 4.网格的设置，即Number of cells
基于phoenics流体仿真软件对自然对流的分析
●
查 看ｌ果 结
、
设计方法
将现 实 中肉眼无 法 直 接观 测 到 的现象 形 图１ 设 计 流 程 图
及 齿轮架 ， 施加 合 适 的位置 约束 ， 两个 齿 轮安 装在齿 轮架 把
Ａ Ｉ 软件 的高 级 建 模 功 架， 打开装 配设 计Ａｓｍ ｌ Ｄ ｓ ｎ ｓ ｂ ｅｉ 工作 台， ｅ ｙ ｇ 导入两个 圆柱齿 轮 Ｃ Ｔ Ａ 能 以及机 构 运 动仿 真 模 块
自 然对流发生在流体中， 最常见的流体就是空气。 现在我
思 路 ： 软 件 要 实 现 的是 在 建 立 的 本
们想利用这款流体仿真－｛ｐｏｎ ｓ 然空气对流进行理论 模型上， ￣ ＠ ｈｅｉ 对自 ｃ 定义其边界条件和初始条件， 调 分析， 将我们平常看不到的空气形象化 ， 便于我们分析其 内部 节 松 弛 因子 以 “ 迭代 ”的数 学思 想 ， 利用 各流场的分布， 通过不同的边界条件我们可以得到不同的场 热 力学 ， 热学及物理方 面的定律进 行计 传 分布图。 此次我们所做的是大空间的自 然对流的场分布， 所以 算， 直至误差小于某一值时才结束， 这样
我需 要改 变空 间的大 小和 形状 来 分析 各种不 同场分布 ， 同时 仿真 就成 功了 在 实验 运行 结果 出来 后 ， 。 我们可以分析 — 下影 响 自 然对 流的因素。 由于理想 条件 实际 但 考数据。
一
简化 对象确 定对 象 丈 —
＋
建 立模型
坦 尼 界 搜 媚 ｌ 兼
讲 师， 研究方向： 机械 Ｃ ＡＤ／ ＣＡＭ。
四、 结语
本文 通 过 渐开线 圆柱 齿轮 建模 和运 动仿真 为例 ， 绍 了 介
PHOENICS的原理与应用
——清洁能源技术论坛版权所有，.─ 73 ─计算流体力学软件PHOENICS 及其工程应用中国石油大学机电学院 马培勇，仇性启，唐鹏摘 要: 计算流体力学是用计算机来分析流动的尖端技术，用计算模型描述所建立和研究的物理系统。
流体流动物理学运用于有效模型时，CFD 软件可模拟出流体流动、传热、传质、相变、化学反应、机械运动以及固体结构的压力变形。
PHOENICS 是流体力学中通用性很强的商业软件之一，能够有效对上述现象进行数量上的预测。
本文对该软件的基本结构、物理模型及算法、边界条件及源项的处理方法以及其功能特点与应用作简要介绍。
Application of CFD Code PHOENICS in EngineeringMA Pei-yong, QIU Xing-qi, TANG Peng(College of Machinery and Engineering, University of Petroleum, Dongying257061,China)Abstract: Computational fluid dynamics (CFD) is a sophisticated analysis technique that uses computers to simulate fluid flow and enables a computational model representing a physical system to be built and studied. When fluid flow physics is applied to this virtual prototype, the CFD application outputs a prediction of the fluid dynamics. The software predicts not only the fluid flow behavior, but also the transfer of heat, mass, phase change, chemical reaction, mechanical movement, and stress or deformation of related solid structures. PHOENICS is one of the general-purpose software packages and it can predict the above phenomena quantitatively. The basic structure , physics model, arithmetic, management of boundary condition and source , abilities and application of PHOENICS is introduced simply in the paper.1前言计算流体力学（Computational Fluid Dynamics ，简称CFD ，以下同）是流体力学、偏微分方程数值理论、数值分析和计算机科学等多种领域的交叉学科，主要用于解决工程中的流体和传热问题。
过冷沸腾自然对流两相cfd模拟及应用
过冷沸腾自然对流两相cfd模拟及应用冷沸腾是一种常见的传热过程，在这种过程中，流体在加热过程中经历沸腾，并释放大量的汽水。
自然对流是一种自然存在的传热方式，在这种情况下，流体因密度差异而自然流动，从而导致传热。
这两种过程通常发生在工业中，如炼油、制氧、冷却塔等。
CFD（计算流体动力学）模拟是一种数值方法，用于模拟流体运动和传热的过程。
这种模拟可以帮助我们了解冷沸腾自然对流过程中发生的物理现象，并帮助我们优化工艺设计。
在冷沸腾自然对流过程中，CFD模拟可以帮助我们估算温度场和流场，并了解温度和流速之间的相互关系。
这有助于我们优化加热器的设计，使其能够更有效地加热流体。
此外，CFD模拟还可以帮助我们优化自然对流冷却塔的设计，使其能够更有效地冷却流体。
应用CFD模拟的关键是确定输入参数的准确性。
这包括确定流体的物理性质，如密度、粘度和比热容。
此外，还需要确定流体运动的初始条件，如流速、温度和压力。
在进行CFD模拟时，还需要考虑热交换器的几何形状、流体流动的模式（如层流、混合流或湍流）以及流体与壳体之间的热交换机制。
结果的准确性取决于所使用的求解方法的精度和所选择的网格划分的粗细程度。
较粗的网格可能更快速地求解，但结果的精度可能不够高。
因此，在进行CFD模拟时，需要权衡精度和计算时间的折中。
冷沸腾自然对流过程的CFD模拟已被广泛应用于工业中。
例如，在炼油工业中，CFD模拟可用于优化炼油装置的设计，以提高生产效率和降低能耗。
在制氧工业中，CFD模拟可用于优化制氧塔的设计，以提高氧气产量并降低能耗。
此外，CFD模拟还可以用于优化冷却塔的设计，以提高冷却效率并减少能耗。
总之，冷沸腾自然对流过程的CFD模拟是一种有效的工具，可以帮助我们了解冷沸腾自然对流过程中的物理现象，并帮助我们优化工艺设计。
它可以用于许多不同的工业领域，如炼油、制氧、冷却塔等，以提高生产效率和降低能耗。
在进行CFD模拟时，需要确定准确的输入参数，并考虑精度和计算时间的折中。
终稿-流体模拟.通用CFD软件-Phoenics
（c） 6 S
（d） 8 S
（e） 10 S
（f） 12 S
（g） 14 S
（h） 16 S
（i） 18 S
5 m/s
Fig. 3 Computed moving interface during melting of ferrosilicon block in forced convective liquid iron at 1450℃
PHOENICS最受欢迎的方
面
1. 与CAD的接口
• 45度平面速度分布
PHOENICS计算结果
支撑键横截面速度分布
• PHOENICS计算结果 • CFX计算结果 • 1：5模型试验结果 • 相对误差均在5%以内。
PHOENICS最受欢迎的方
面
2. 开放性
a. 提供了一部分原程序给用户 b. PLANT功能 c. GROUND．FOR(强大的编程功能) d. 开发中文界面，建立专用模块
PHOENICS的应用
冶金、铸造、焊接
NUMERICAL SIMULATION OF MELTING PROCESS OF ERROSILICON
BLOCK IN THE LIQUID IRON UNDER FORCED CONVECTTION
湖北汽车学院
西安交通大学
（a） 2 S
（b） 4 S
东北电力学院卧式煤无烟燃烧锅炉炉内冷态流场 的数值模拟
炉拱 出口
二次风喷口 一次风入口
z (m)
1.3
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
phoenics实例风环境气流组织模拟设定要点
• 地面边界条件
– 壁面函数选择Fully-rough(最好分别设定,地面采用 Fully-rough，建筑表面采用General-log-law)。
网格划分
• 默认是auto，需要点成手动
• 菜单options-background colour 改变主界面背景色 • 右下面板reset：fit to window/nearest head-on • 右下面板箭头：右键点击为移动/左键点击为旋转 • 右下面板mouse：凸起时可选择物体/凹下时左键拖动窗口旋转
要点
• Domain大小（理论上来说越大越好） • 湍流模型选取（标准ke/kemmk/durbin） • 网格划分（理论上来说越密越好） • 边界条件设置（可以用wind类型） • 迭代步数和松弛因子设置（1000~3000步，
这种问题的松弛因子一般不用改） • 差分格式（默认是hybrid，如果想算高精
result）
• 松弛因子设置
– 个人经验 – PHOENICS推 使用power/ratio
界面使用
• 菜单Settings-rotation speed/zoom speed/depth effect 改变旋转 速度/缩放速度/三维视距
度需改成quick格式）
室外模拟设置标准
• 迎风面上，建筑堵截度小于domain截面积 ４％
来流
大于2倍建筑高度
大于后方距离的2/3
大于6倍回流区长度
室外模拟设置标准
• 模型再现区域
– 目标建筑边界H范围内应以最大的细节要求再现，即应 把这一范围内的建筑以建模形式重现。
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19
图6 圆柱齿轮装配运动仿真
2010年第9期（总第144期）
NO.9.2010
（CumulativetyNO.144）
China Hi-Tech Enterprises
架，打开装配设计Assembly Design工作台，导入两个圆柱齿轮及齿轮架，施加合适的位置约束，把两个齿轮安装在齿轮架上，通过碰撞停止命令适当的调整使两个齿轮相互啮合。
在完成齿轮的装配后，最后进入运动机构仿真（KIN ）工作台，利用Revolute Joint命令在两个齿轮和齿轮架之间分别建立一个旋转副。
然后点击Gear Joint命令，出现对话框后，选择刚才建立的两个旋转副，在Rotation direction中设定好齿轮的传动方向，将齿轮架固定，再施加一个角度驱动后，系统就可以进行机构运动仿真，点击仿真命令，打开仿真编辑器生成仿真动画。
在仿真过程中可以添加干涉分析和距离分析，可以将分析设定为停止，这样在发生干涉时设计者可以查看干涉的具体情况。
在动画制作完成后，就可以使用仿真播放器播放仿真动画了。
图6为圆柱齿轮装配运动仿真图形。
四、结语
本文通过渐开线圆柱齿轮建模和运动仿真为例，介绍了
CATIA软件的高级建模功能以及机构运动仿真模块的应用，从而为渐开线圆柱齿轮参数化设计提供了依据，也可为类似的机构运动进行简单的仿真方法提供参考。
参考文献
[1]孙恒，陈作模．机械原理[M]．北京：高等教育出版社，1997．
[2]宁贵欣．CATIA V5工业造型设计实例教程[M]．北京：清华大学出版社，2004．
作者简介：彭春雷（1975－），男，安徽人，陕西理工学院讲师，研究方向：机械CAD/CAM。
（新疆大学电气工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000）
张少强，黄 龙，张 涛，张晓磊，马利东，努尔比亚木，狄安
基于ｐｈｏｅｎｉｃｓ流体仿真软件对自然对流的分析
摘要：自然对流在日常生活中很普遍，散热器周围比较脏等现象都是由自然对流所引起的。
由于空气是无色的流体，
人类无法用肉眼看见其流动现象，同时其内部的物理参数在时刻发生变化，形成诸如温度场、速度场及压力场等，这给人类认识物质世界造成了一定的难度。
但通过830000流体仿真软件，建立物理模型，并对其边界条件的限制，在理想的条件下，利用热力学、传热学及物理方面的定律，采用数学迭代的方法，可以把自然对流所形成的场完整的表示出来，为在实验室中做出的实验数据提供参考依据。
关键词：自然对流；仿真软件；Phoenics；建模 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2010）09-0019-02
自然对流发生在流体中，最常见的流体就是空气。
现在我们想利用这款流体仿真软件phoenics对自然空气对流进行理论分析，将我们平常看不到的空气形象化，便于我们分析其内部各流场的分布，通过不同的边界条件我们可以得到不同的场分布图。
此次我们所做的是大空间的自然对流的场分布，所以我需要改变空间的大小和形状来分析各种不同场分布，同时我们可以分析一下影响自然对流的因素。
但由于理想条件实际中无法满足和收敛因子很难取，所以模拟的结果只做一个参考数据。
一、设计方法
思路：本软件要实现的是在建立的模型上，定义其边界条件和初始条件，调节松弛因子以“迭代”的数学思想，利用热力学，传热学及物理方面的定律进行计算，直至误差小于某一值时才结束，这样仿真就成功了。
在实验运行结果出来后，通过菜单选项将结果在phoenics的界面上显示出来，通过改变选项转换温度场、压力场、速度场等。
这样我们能够清楚的看见各种场的形状，及其空间分布状况。
这将现实中肉眼无法直接观测到的现象形
图1 设计流程图
20
象化，但仿真时困难性很大，其中松弛因子的选择就是最繁琐的，需要长时间的探索和实践运行相比较得出来的。
设计流程图如图1所示。
二、建模步骤
（一）建模方法一1．开始菜单——程序——phoenics 下，phoenics-VR选项。
2．在工具箱中，选择Menu 下，Geometry选项，co-ordinate system，选择cylindrical-polar ，在domain size中（x，y ，z ）=（6.28，1，0.001）。
3．选择工具箱的obj选项，（xsize，ysize，zsize ）=（6.283，0.030，0.001），在geometry选项选择poldef，在shapes文件中选择polcu7，在attributes中，选择typs选择solid，选择copper at 27 deg c，在ennergy source中选择fixed neat flux其value值为加热管加热功率，在initial temperature只为加热管起始温度。
4．设置计算模型。
操作如下：工具箱menu，model，选择solution for velocities and pressure为on，在energy quuation选择temperature。
5．设置初始条件。
步骤如下：在menu 下选择initialisation 选项下initial value for each variable的P1，U1，V1，TEM1的值为101325，0，0，20。
6．设置边界条件。
选择默认即可。
7．划分网格。
在menu 下选择Geometry ，在number of bells选项中输入所要划分的网格数目。
在初始界面中，选择网格图标，点击圆内任意一点，都可以细化网格。
8．设置松弛因子及计算步数。
在menu 下选择numeries，在total numbers of iterations中填入计算步骤。
在relaxatons control选项中输入各项内容的松弛因子。
9．运行与调试。
在菜单中选择run中earth选项。
调节松弛因子使误差减小至0.01左右，各点值接近正常即可。
10．观察实验仿真结果。
在run中选择vr viewer选项即可，通过改变P .V .T即可显示出空间各点的分布情况。
通过改变计算区域的大小，划分网格的多少，物体加热的功率等方式进行比较。
（二）建模方法二1．打开phoenics-VR，在menu菜单下Geometry进行整体网格划分和确定空间大小（x，y ，z ）=（0.45，1，1）。
2．点击工具箱上的obj按钮，建立加热管的大小（xsize，
ysize，zsize ）=（0.038，0.038，0.45），点击default选项选择shapes，在shapes文件中选择cyl1，在attributes中，选types选择solid，选择copper at 27 deg c，在ennergy source中选择fixed neat flux其value值为加热管加热功率，在initial temperature只为加热管起始温度。
3．在空间各个表面，加载各种性质的膜。
现在以一个面为例进行介绍。
选择obj，使得（xsize，ysize，zsize ）=（0.45，0，1）选中default，在弹出菜单中选择shapes 下cube3t，在blockage 下选择inlet。
按此方法建立六个面的模型，并将其安置在各个表面。
4．其余各项参数与上面方法基本相同，这里就不介绍了。
如图6是模型的图形；如图7是运行后的温度参数图；如图8是运行后的压力参数图；如图9是运行后的速度参数图；模型效果图及运行后的效果图如下：
三、结论
通过建立模型，我们可以得出以下结论：热源在空间内被加热，在加热管表面空气受热，使得形成密度差，热的空气密度减小使得其向上运动，同时对流向四周扩散，但由于温度逐渐减弱，使得只在某一范围内形成场。
在温度变化的同时，空间中空气的速度和压力也在变化。
在做实验时我们发现一个很重要的现象：随着空间的变化，稳定的温度先增大后减小，而且在空间减小的时候可以观察到抽吸现象。
这些现象在phoenics仿真软件中都可以描述出来。
参考文献
[1]杨士铭，陶文栓．传热学（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，2006.
[2]孔珑．工程流体力学（第三版）[M]．北京：中国电力出版社，2008.
[3]CHAM 公司．PHOENICS 软件帮助文件Concentration Heat & Momentum Ltd．2006．基金项目：新疆大学国家大学生创新项目（项目编号：081075518）。
作者简介：张少强，男，新疆大学电气工程学院学生；黄龙，新疆大学电
气工程学院副教授。
图2 模型的图形
图3 运行后的温度参数图
图4 运行后的压力参数图 图5 运行后的速度参数图
图9 y速度场
图6 模型效果图图7 x温度场
图8 z压力场。