ANSYS教学算例集FL 室内通风仿真计算课件.pptx
室内通风仿真计算,摘要,本例以室内通风为例，用ANSYS 19.0软件，对室内流场进行仿真，包括流动材料属性、边界条件、求解和后处理的设置。计算流场内各物理量的分布，可用于评判室内空间流动状况。,案例描述,本例仿真办公环境流场状态，其中包含计算机及操作人员。第一部分为仿真空气在管路中的流动，最终获得房间进风口处的流动参数；然后将两个风道出口数据设置为于房间进口边界，计算室内流动。本例将演示如何使用workbench 下的CFX模块实现进出口管路流场及室内流场的模拟。,操作步骤,3.1. 风道仿真3.1.1. 准备工作3.1.1.1. 创建Workbench工程文件(1)将网格文件duct_mesh.cfx5和room.cfx5拷贝至英文文件目录下，打开Workbench工程文件，将工程项目保存名为RoomStudy至网格文件目录下。,操作步骤,(2)鼠标双击Analysis Systems中的Fluid Flow（CFX），在Project Schematic中创建CFX仿真流程模块,操作步骤,3.1.1.2. 进入CFX界面双击Setup 进入CFX-Pre界面,操作步骤,3.1.1.3. 导入网格文件在【File】【Import】【Mesh】,选择【Files of type】为【ICEM CFD（*cfx *cfx5 *msh）】，在视图窗口选取网格文件duct_mesh.cfx5，单击【Open】导入网格。此时，图形界面中可以查看到导入的网格形态。,操作步骤,3.1.2. 物理模型设置3.1.2.1. 定义流体材料双击Outline下Default Domain，在Basic Settings标签栏下的Material中，点击下拉菜单，选择Air Ideal Gas。保持【Domain Models】【Pressure】【Reference Pressure】栏里值为1atm。,操作步骤,切换到Fluid Models标签栏下，选择【Heat Transfer】【Option】【Isothermal】，设置Fluid Temperature为21C。设置【Turbulence】【Option】【Shear Stress Transport】，其余为默认设置。,操作步骤,3.1.2.2. 定义流场边界(1)进口边界设置在Outline下的Default Domain行单击右键，选择【Insert】【Boundary】选项，在Name栏后填入“INLET”，点击【OK】。进入到Basic Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【Inlet】。选择【Location】【INLET】。切换至Boundary Details设置栏中，设置【Mass And Momentum】【Option】【Total Pressure(stable)】【Relative Pressure】0Pa，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。,操作步骤,(2)出口1边界设置在Outline下的Default Domain行单击右键，选择【Insert】【Boundary】选项，在Name栏后填入“VENT1”，点击【OK】。进入到Basic Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【Outlet】。选择【Location】【VENT1】。切换至Boundary Details设置栏中，设置【Mass And Momentum】【Mass Flow Rate】0.225kg s-1，点击【OK】确认设置。,操作步骤,(3)出口2边界设置在Outline下的Default Domain行单击右键，选择【Insert】【Boundary】选项，在Name栏后填入“VENT2”，点击【OK】。进入到Basic Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【Outlet】。选择【Location】【VENT2】。切换至Boundary Details设置栏中，设置【Mass And Momentum】【Mass Flow Rate】0.225kg s-1，点击【OK】确认设置。,操作步骤,3.1.2.3. 求解器设定在Outline下双击选择Solver Control，在Basic Settings标签栏下勾选Conservation Target选项，其余设置为默认，点击【OK】确认设置。,操作步骤,3.1.2.4. 监测值设置在Outline下双击Output Control，在Monitor标签栏中，勾选Monitor Objects，在Monitor Points and Expressions选项栏中创建新的监测点，默认名称为Monitor Point 1，【Option】【Expression】【Expression Value】areaAve(Velocity w)VENT1，点击【OK】确认设置。,操作步骤,3.1.3. 求解设置3.1.3.1. 关闭CFX-Pre窗口，退回至Workbench界面。3.1.3.2. 双击Solution，进入到CFX求解设置界面。,操作步骤,3.1.3.3. 选择Double Precision(可选)。3.1.3.4. 选择【Parallel Environment】【Run Mode】 调整并行核数(可选)。3.1.3.5. 在打开的CFX-Solver求解器中选择【Start Run】。,操作步骤,3.1.4. CFD-POST后处理设置在Workbench界面下，双击Results 。进入到CFD-POST界面下。,操作步骤,3.1.4.1. 输出出口截面速度分布(1)在菜单栏【File】【Export】【Export】(2)在Option选项栏中，命名输出文件名为vent1.csv，输出路径按照默认输出至user_files文件夹下(3) 设置【Type】【BC Profile】，【Location】【VENT1】(4)设置【Profile Type】【Inlet Velocity】(5)点击【Save】保存。,操作步骤,3.1.4.2. 输出出口截面速度分布(1)在菜单栏【File】【Export】【Export】(2)在Option选项栏中，命名输出文件名为vent2.csv，输出路径按照默认输出至user_files文件夹下(3)设置【Type】【BC Profile】，【Location】【VENT2】(4)设置【Profile Type】【Inlet Velocity】(5)点击【Save】保存,操作步骤,3.1.4.3. 退出后处理模块，在Workbench下重命名模块为duct。,操作步骤,3.2. 室内仿真分析3.2.1. 准备工作在Workbench下Toolbox栏下，鼠标双击Component Systems中的CFX，在Project Schematic中创建新的CFX仿真流程模块，将模块重命名为room。,操作步骤,3.2.1.1. 进入CFX界面双击Setup 进入CFX-Pre界面,操作步骤,3.2.1.2. 导入网格文件在【File】【Import】【Mesh】,选择【Files of type】为【ICEM CFD（*cfx *cfx5 *msh）】，在视图窗口选取网格文件room.cfx5，单击【Open】导入网格。此时，图形界面中可以查看到导入的网格形态。,操作步骤,3.2.2. 物理模型设置3.2.2.1. 定义流体属性双击Outline下Default Domain，在Basic Settings标签栏下的Material中点击下拉菜单，选择Air Ideal Gas。保持【Domain Models】【Pressure】【Reference Pressure】栏里值为1atm。设置【Buoyancy Model】【Option】Buoyant，设置【Gravity X Dirn.】0m s-2，【Gravity Y Dirn.】0m s-2，【Gravity Z Dirn.】-g，设置【Bouy. Ref. Density】1.185kg m-3。,操作步骤,切换到Fluid Models标签栏下，选择【Heat Transfer】【Option】【Thermal Energy】，设置【Turbulence】【Option】【Shear Stress Transport】，其余为默认设置。,操作步骤,继续切换至Initialization标签栏下，勾选Domain Initialization选项，设置【Temperature】【Option】【Automatic with Value】【Temperature】21C,操作步骤,3.2.2.2. 读入边界条件文件在菜单栏中选择【Tools】【Initialize Profile Data】，在弹出的对话框中选择【Data File】为vent1.csv。,操作步骤,同理，重复以上步骤，导入vent2.csv文件。导入之后，在Outline中User Functions栏里将查看到两个用户定义的函数VENT1和VENT2。,操作步骤,3.2.2.3. 定义流场边界(1)进口1边界设置在Outline下的Default Domain行单击右键，选择【Insert】【Boundary】选项，在Name栏后填入“vent1”，点击【OK】。进入到Basic Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【Inlet】。选择【Location】【VENT1】。勾选【Use Profile Data】选项，设置【Profile Boundary Setup】【Profile Name】VENT1，点击【Generate Values】。,操作步骤,切换至Boundary Details设置栏中，确认【Mass And Momentum】下设置，定义【Heat Transfer】【Option】【Static Temperature】21C，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。,操作步骤,(2)进口2边界设置在Outline下的Default Domain行单击右键，选择【Insert】【Boundary】选项，在Name栏后填入“vent2”，点击【OK】。进入到Basic Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【Inlet】。选择【Location】【VENT2】。勾选【Use Profile Data】选项，设置【Profile Boundary Setup】【Profile Name】VENT2，点击【Generate Values】。,操作步骤,切换至Boundary Details设置栏中，确认【Mass And Momentum】下设置，定义【Heat Transfer】【Option】【Static Temperature】21C，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。,操作步骤,(3)工作人员体表边界设置在Outline下的Default Domain行单击右键，选择【Insert】【Boundary】选项，在Name栏后填入“workers”，点击【OK】。进入到Basic Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【Wall】。选择【Location】【WORKERS】。,操作步骤,切换至Boundary Details设置栏中，定义【Heat Transfer】【Option】【Temperature】37C，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。,操作步骤,(4)出口边界设置在Outline下的Default Domain行单击右键，选择【Insert】【Boundary】选项，在Name栏后填入“outlet”，点击【OK】。进入到Basic Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【Opening】。选择【Location】【OUTLET】。,操作步骤,切换至Boundary Details设置栏中，定义【Mass And Momentum】【Relative Pressure】0Pa。【Heat Transfer】【Option】【Opening Temperature】21C，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。,操作步骤,(5)显示器边界设置在Outline下的Default Domain行单击右键，选择【Insert】【Boundary】选项，在Name栏后填入“monitors”，点击【OK】。进入到Basic Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【Wall】。选择【Location】【MONITORS】。,操作步骤,切换至Boundary Details设置栏中，定义【Heat Transfer】【Option】【Temperature】【Fixed Temperature】30C，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。,操作步骤,(6)机箱边界设置在Outline下的Default Domain行单击右键，选择【Insert】【Boundary】选项，在Name栏后填入“computerVent”，点击【OK】。进入到Basic Settings设置栏中，设置【Boundary Type】【Outlet】。选择【Location】【COMPUTER1VENT,COMPUTER2VENT,COMPUTER3VENT,COMPUTER4VENT】。,操作步骤,切换至Boundary Details设置栏中，设置【Mass And Momentum】【Mass Flow Rate】0.132kg s-1。定义【Heat Transfer】【Option】【Static Temperature】40C，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。,操作步骤,(7)机箱边界设置在Outline下的Default Domain行单击右键，选择【Insert】【Boundary】选项，在Name栏后填入“computerIntake”，点击【OK】。进入到Basic Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【Outlet】。选择【Location】【OUTLET】。切换至Boundary Details设置栏中，设置【Mass And Momentum】【Mass Flow Rate】0.132kg s-1。其余设置为默认，点击【OK】完成设置。,操作步骤,3.2.2.4. 求解器设定在Outline下双击选择Solver Control，在Basic Settings标签栏下设置【Convergence Control】【Max. Iterations】750。调整【Fluid Timescale Control】【Timescale Control】【Physical Timescale】2s。勾选Conservation Target选项，其余设置为默认，点击【OK】确认设置。,操作步骤,3.2.2.5. 监测值设置在Outline下双击Output Control，在Monitor标签栏中，勾选Monitor Objects，在Monitor Points and Expressions选项栏中创建新的监测点，命名为temp，【Option】【Expression】【Expression Value】massFlowAve(Temperature)outlet，点击【OK】确认设置。,操作步骤,3.2.3. 求解设置3.2.3.1. 关闭CFX-Pre窗口，退回至Workbench界面。,操作步骤,3.2.3.2. 双击B3模块中Solution，进入到CFX求解设置界面。,操作步骤,3.2.3.3. 选择Double Precision(可选)。3.2.3.4. 选择【Parallel Environment】【Run Mode】 调整并行核数(可选)。3.2.3.5. 在打开的CFX-Solver求解器中选择【Start Run】。,操作步骤,3.2.4. CFD-POST后处理设置在Workbench界面下，双击Results 。进入到CFD-POST界面下。,操作步骤,3.2.4.1. 显示剖面温度(1)在菜单栏【Insert】【Location】【Plane】，点击【OK】(2)选择【Method】ZX Plane, 【Y】1.2m,操作步骤,(3)切换至Color标签栏，设置【Mode】【Variable】【Temperature】，设置【Range】【Local】(4)点击【Apply】确认设置。,操作步骤,(3)切换至Color标签栏，设置【Mode】【Variable】【Temperature】，设置【Range】【Local】(4)点击【Apply】确认设置。同理，设置ZX平面Y=2m，Y=5.1m及XY平面Z=0.25m，查看对应截面温度分布。,操作步骤,3.2.4.2. 显示剖面速度云图分布(1)在菜单栏【Insert】【Contour】，点击【OK】(2)选择Geometry标签下，选择【Locations】Plane 1(3)选择【Variable】Velocity, 【Range】【User Specified】0m s-1, 3m s-1(4)设置【# of Contours】31(5)点击【Apply】,操作步骤,3.2.4.3. 显示剖面速度矢量分布(1)在菜单栏【Insert】【Vector】，点击【OK】(2)选择Geometry标签下，选择【Locations】Plane 1(3)选择Symbol标签栏下【Symbol Size】0.1, 勾选【Normalize Symbols】。,操作步骤,(4)点击【Apply】,操作步骤,3.2.4.4. 创建流线(1)在菜单栏中【Insert】【Streamline 1】(2)点击【OK】(3)在Geometry标签中选择【Definition】【Start From】 vent1,vent2,操作步骤,(4)选择Color标签下【Range】Local(5)点击【Apply】,操作步骤,3.2.4.5. 创建流线动画(1)选择【Tools】【Animation】(2)在Outline中选择Streamline 1(3)选择【Repeat】1(4)勾选【Save Movie】选项，点击 ，即可生成动画。,小结,本节内容为室内通风仿真分析实例。介绍了机房环境下流场仿真在Workbench下操作步骤，仿真过程包括材料属性设置、边界条件设置、计算设置和后处理的设置以及利用Profile文件将计算结果输出为其他计算的边界条件。,
