[求助]风扇的边界条件设定

chengdt

请问风扇的边界条件的设定问题，我做的模型中只要保证风扇让室内空气具备一定的流速，风扇的边界条件的压力跳跃是什么意思？能不能在风扇的边界条件中设定让其具备恒定的垂直于风扇的质量平均速度？还有如果不设定swirl-velocity specification，是不是表示其旋转速度为零？
谢谢高手指教！！！

chengdt

谁有关于风扇的英文帮助或中英文资料？上传过来分享一下，不胜感谢！

chengdt

怎么没人理呀？

hepeijie

我也想知道!

wingboy

我也很想对此进行深入研究,只是苦于没有资料参考....

jiangfan2008

排气扇边界条件

排气扇模型是集总模型，可用于确定具有已知特征的排气扇对于大流域流场的影响
。排气扇边界类型允许你输入控制通过排气扇单元头部（压升）和流动速率（速度）之间关
系的经验曲线。你也可以制定排气扇旋转速度的径向和切向分量。排气扇模型并精确模拟经
过排气扇叶片的详细流动。它所预测的是通过排气扇的流量。排气扇的使用可能和其它流动
源项关联，或作为模拟中流动的唯一源项。在后面的算例中，系统的流动速度由系统的损失
和排气扇曲线之间的相互平衡决定。
FLUENT还提供了与用户自定义模型之间的连接，这个模型在计算时更新了压力跳跃
函数。该功能在自定义排气扇模型一节介绍。

排气扇方程

模拟通过排气扇的压升

在FLUENT的排气扇模型中，排气扇被看成无限薄，通过排气扇的不连续压升被指定
为通过排气扇速度的函数。它们之间的关系可能是常数，多项式、分段线性函数或者分段多
项式函数，也可以是自定义函数。
多于多项式情况，关系式为：

其中D p为压力升高（单位：Pa），f_n为压力跳跃多项式系数，v垂直于排气扇的
当地流体速度。速度v既可以是正也可以是负。你必须正确的模拟排气扇以保证从排气扇流
过之后流体有个压力升高的现象。
对于排气扇区域内所有表面，你可以选择使用垂直于排气扇的质量平均速度来确定
单独的压力跳跃值。

模拟排气扇漩涡速度
对于三维问题，对流的切向何径向速度值可以加到排气扇表面来产生涡流。这些速
度可以指定为到排气扇中心的径向距离的函数。它们之间的关系可以是常数、多项式函数或
者自定义函数。注意：所有涡流速度输入都使用国际单位。

对于多项式函数，切向何径向速度公式为：


其中U_q和U_r分别为排气扇表面的切向和径向速度，单位为。m/s，f_n和g_n是切
向和径向速度的多项式系数，r为到排气扇中心的距离。

排气扇的用户输入

概述

一旦排气扇区域被确定（在边界条件面板），你需要在排气扇面板（下图）中设定
所有的模型输入。该面板是从边界条件菜单中打开的，详细内容清参阅边界条件的设定一节
。

Figure 1: 排气扇面板
对于排气扇，需要输入如下：
1.       确定排气扇区域
2.       定义通过排气扇的压力跳跃
3.       为排气扇定义离散相边界条件（对于离散相计算）
4.       需要的话，定义漩涡速度（只用于三维）

确定排气扇区域

因为排气扇被定义为无限薄，所以它必须被模拟为单元之间的界面而不是单元区域
。因此排气扇区域是内部表面区域类型（其中表面是是二维中的线段或者三维中的三角形/
四边形）。当你将网格读入到FLUENT中时，如果排气扇区域被确定为内部区域，请使用边界
条件（见改变边界区域类型）将适当的内部区域改变为排气扇区域。菜单：Define/Boundar
y Conditions...。内部区域改变为排气扇区域后，你可以打开排气扇面板并指定压力跳跃
，以及（可选）漩涡速度。

定义压力跳跃

要定义压力跳跃，你需要指定速度的多项式函数、分段线性函数、分段多项式函数
或者常数，也可以是自定义函数。你还应该检查区域平均方向矢量，保证流过排气扇有个压
力升高。由解算器计算的区域平均方向是排气扇区域的表面平均方向矢量。如果这个方向指
向和排气扇吹的方向一致就不用选择排气扇翻转方向了，否则选择排气扇翻转方向。
对于压力跳跃，请遵循下面的步骤定义多项式函数、分段线性函数、分段多项式函
数：
1.       检查排气扇面板，其中的压力跳跃轮廓指定选项是关闭的。
2.       在压力跳跃右边的下拉菜单中选择多项式、分段线性或者分段多项式（如果所所要
选择的类型已被选中，你就可以点击编辑按钮打开定义函数的面板了）。
3.       在定义压力跳跃函数的面板中（如下图）输入适当的数值。这些轮廓输入面板和温
度相关属性的轮廓输入面板用法相同。请参阅使用温度相关函数定义属性来查看如何使用它
。

Figure 1: 压力跳跃定义的多项式轮廓面板
4.   设定下面所述的任何可选参数（此步可选）。

当你用这些函数的任何类型来定义压力跳跃时，你可以限定计算压力跳跃的速度值
的最大和最小极限。打开多项式速度范围极限选项就可以设定速度范围的最大最小值了。如
果计算的法向速度范围超出了你所指定的最大/最小速度范围，那么解算器就会用极限值来
替换它。
你也可以选用垂直于风扇的质量平均速度来确定风扇区域内所有表面的单一的压力
跳跃值。打开从平均条件计算压力跳跃可以激活这个选项。
要定义常数压力跳跃，请遵循如下步骤：
1.       在排气扇面板中打开指定压力跳跃轮廓选项。
2.       在压力跳跃右边的下拉菜单中选择常数。
3.       输入压力跳跃场中的D p值。
如果更方便的话，你也可以使用如下步骤：
1.       打开压力跳跃的轮廓指定选项。
2.       在压力跳跃轮廓下面的下拉菜单中选择常数，然后输入压力跳跃轮廓场的D p值。
对于自定义压力跳跃函数或者边界轮廓中定义的函数，请遵循如下步骤：
1.       打开压力跳跃的轮廓指定选项。
2.       在压力跳跃轮廓下面的下拉菜单中选择适当的函数，然后输入压力跳跃轮廓场的D
p值。
关于自定义函数的信息请参阅自定义函数一节，关于边界轮廓文件的信息请参阅边界轮廓一
节。
下面的例子告诉了我们如何确定压力跳跃的函数。考虑简单的二维管流（如图2）。进入长2
.0m宽0.4m的导管的常密度空气的速度为15 m/s。管的中心是个排气扇。

Figure 2: 定位于二维导管的排气扇
当风扇的转速是2000rpm时，假定风扇的特征如下：
Q (m^3/s)D p (Pa)
250.0
20175
15350
10525
5700
0875
其中Q时通过风扇的流动，D p时通过风扇的压升。在本例中，风扇的特征为压力升高和速度
呈线性关系。要将这些特征转换为压力和速度的关系，必须知道风扇的截面信息。在本例中
，假定导管是1.0米深，面积为0.4平方米。相应的速度值如下：
v (m/s)D p (Pa)
62.50.0
50.0175
37.5350
25.0525
12.5700
0875
下面的对于一条线的方程是关系的多项式形式：


为风扇定义离散相边界条件

如果你是模拟粒子的离散相问题，你可以设定粒子在风扇处的轨迹。关于边界条件
的设定清参阅离散相边界条件一节。

jiangfan2008

定义排气扇旋转速度
如果你想在风扇表面设定切向和径向速度来产生三维问题中的涡流，步骤如下：
1.       在排气扇面板打开漩涡速度指定选项。
2.       定义轴的起始点（风扇的起始点）和方向矢量（风扇的旋转轴）来指定风扇的旋转
轴。
3.       设定风扇旋转轴的半径值。默认为 以避免多项式中出现除零问题。
4.       设定切向和径向速度为半径的多项式函数，常数值或者自定义函数。

注意：涡流的速度输入必须是国际标准单位。

要定义切向和径向速度的多项式函数，步骤如下：
1.       在排气扇面板中，检查切向速度的轮廓指定或者径向速度的轮廓指定选项是关闭的
。
2.       输入模拟排气扇涡流中的方程1的系数f_n，或者在切向或径向速度多项式系数框中
模拟风扇漩涡速度的方程3的g_n。首先输入f_-1然后是f_0等。记住用空格符将每一个系数
分开，第一个系数是(1/r)。
要定义常数切向或者径向速度，步骤如下：
1.       在排气扇面板中打开切向速度或者径向速度的轮廓指定选项。
2.       在切向或者径向速度轮廓中选择常数。
3.       在切向或者径向速度轮廓中输入相应的U_q或者U_r值。
如果更方便的话，你可以遵照如下步骤：
1.       在排气扇面板中打开切向速度或者径向速度轮廓指定选项。
2.       在切向或者径向多项式速度系数中输入U_q或者U_r的值。

对于自定义切向或者径向速度函数或者包括边界轮廓的文件的函数，步骤如下：
1.       打开切向速度或者径向速度的轮廓指定选项。
2.       在切向或者径向速度轮廓下拉列表中选择适当的函数。
如果你是自定义函数的信息，请参阅自定义函数一节，关于边界轮廓的信息请参阅
边界轮廓文件一节。

排气扇的后处理

报告通过排气扇的压升

你可以使用表面整合面板报告通过排气扇的压升，具体请参阅表面整合一节。共有两步：
1.       在风扇区域的每一边创建一个界面。使用变形界面面板(参阅变形表面一节)分别向
上和向下稍微平移一下风扇区域，从而创建两个新的界面。
2.       在界面整合面板中，报告上游和下游界面的平均整合压力（使用平均选项）。这样
你就可以计算通过风扇的压力变化了。

图形绘制

图形绘制报告对风扇所感兴趣的是：
1.       静压和静温的轮廓或等值线图。
2.       静压和静温的XY 图与位置的比较。
图形和可视化一章解释了如何产生数据的图形显示。
注意：生成这些图形时要保证关闭所有节点值的显示，以便于你在风扇的每一个边
可以看到不同的值。（如果你显示节点值，风扇两边的单元值会被取平均来获取节点值，这
样你就看不到通过风扇的压力跳跃和其它现象了。

辐射边界条件
FLUENT中有热交换单元（如散热器和冷凝器）的集总参数模型。散热器边界类型允许你指定
压降和热传导系数为垂直于散热器的速度的函数。关于FLUENT所提供的热交换模型的更多详
细信息，请参阅热交换模型一节。

散热器方程

模拟通过散热器的压力损失

FLUENT中所模拟的散热器被认为是无限薄，通过散热器的压降假定与流体的动压头成比例，
并具有你所提供的损失系数的经验公式。也就是说，压降D p与通过散热器的法向速度v分量
的关系为：

其中r为流体密度，k_L为无量纲损失系数，它可以指定为多项式函数、分段线性函数或者分
段多项式函数。

对于多项式函数，有下式：

其中r_n为多项式系数，v为垂直于散热器的当地流体速度的大小。

模拟通过散热器的热传导

从散热器到周围流体的热流量为：

其中q为热流量，T_HX 为热交换器（散热器）温度，T_exit为流出流体的温度。对流热传导
系数h可以指定为常数、多项式函数、分段线性函数或者分段多项式函数。
对于多项式，关系式的形式如下：

h_n为多项式系数，v为垂直于散热器的当地流体速度的大小（单位m/s）。

实际的热流量（q）或者热传导系数和散热器温度（h, T_HX）都可以指定。q（可以是输入
值也可以是用方程1计算出的值）为热流在整个散热器表面的积分。

要模拟散热器的热行为，你必须提供热传导系数h的详细表达式，它是通过散热器的流体速
度v。要获取这个表达式考虑热平衡方程：

其中
q=热流量(W/m^2)
m(dot)=流体质量流速(kg/s)
c_p=指定的流体比热容(J/kg-K)
h=经验热传导系数(W/m^2K)
T_exit=出口流体温度(K)
T_HX=热交换器(如水边)温度(K)
A=热交换器前缘面积(m^2)
方程5可以写成：

因此，热传导系数h可以计算为：

或者根据流体速度：


散热器需要的输入

概述

一旦在边界条件面板中确定了散热器区域，你就该在散热器面板（下图）中为散热器模型的
各项设定输入相应内容了。该面板是从边界条件菜单中打开的，详细情况请参阅设定边界条
件一节。

Figure 1:散热器面板
散热器需要输入如下：
1.       确定散热器区域
2.       定义压力损失系数
3.       定义热流量或者热传导系数和散热器温度
4.       为散热器定义离散相边界条件（对于离散相计算）

确定散热器区域

因为散热器被定义为无限薄，所以它必须被模拟为单元之间的界面而不是单元区域
。因此排气扇区域是内部表面区域类型（其中表面是是二维中的线段或者三维中的三角形/
四边形）。当你将网格读入到FLUENT中时，如果散热器区域被确定为内部区域，请使用边界
条件（见改变边界区域类型）将适当的内部区域改变为散热器区域。菜单：Define/Boundar
y Conditions...。内部区域改变为散热器区域后，你可以打开散热器面板并指定损失系数
，以及热流量的信息。

定义压力损失系数函数

要定义压力损失系数k_L，你可以指定速度的多项式函数、分段线性函数、分段多项式函数
或者常数。
遵循下面的步骤来设压力损失系数的多项式函数、分段线性函数或分段多项式函数：
1.       在损失系数右边的下拉列表中选择多项式函数、分段线性函数或分段多项式函数（
如果你所需要的函数类型已经选中，点击编辑按钮打开定义函数的面板。
2.       在定义损失系数函数的面板中（如下图）输入适当的数值。这些轮廓输入面板和温
度相关属性的轮廓输入面板用法相同。请参阅使用温度相关函数定义属性来查看如何使用它
。

Figure 1:损失系数定义的多项式轮廓面板
设定常数损失系数步骤如下：
4.       在损失系数右边的下拉菜单中选择常数。
5.       在损失系数中输入k_L的值。
下面的例子告诉你如何确定损失系数函数。考虑通过水冷却散热器的简单的空气二维管流，
如下图：

Figure 2:散热器的简单管流r
首先必须经验地知道散热器的特征。在这个例子中，所模拟的散热器的测试数据如下表，水
边的流速为7 kg/min，入口水的温度为400.0 K。要计算这个损失系数，创建一个动压头（(
1/2)r v^2）的表格是很有帮助的，动压头是压降D p以及这两个值的比k_L（在通过散热器
损失系数的模拟一节中的方程1中）的函数。 (图2中定义的空气密度为1.0   kg/m^3。)简化
的数据在表二中。

jiangfan2008

表一：空气边散热器数据
VelocityInlet TempExit TempPressure Drop
(m/s)(K)(K)(Pa)
5.0300.0330.075.0
10.0300.0322.5250.0
15.0300.0320.0450.0
表二：简化的散热器数据
v (m/s)(1/2)r v^2 (Pa)D p (Pa)k_L
5.012.575.06.0
10.050.0250.05.0
15.0112.5450.04.0
损失系数是速度的线性函数，随着速度的增加而减少，关系式的形式为：

其中v在这里是通过散热器的绝对速度值。

定义热流量参数

正如散热器方程所提到的，你可以在热流量框中定义真实的热流量（q）也可以设定热传导
系数和辐射温度（h, T_HX）所有的输入都在散热器面板中。

要定义热流量，指定温度为0，然后设定热流量为常数值。
要设定温度，在温度框中输入T_HX的值。要定义热传导系数，你可以指定速度的多项式函数
、分段线性函数或分段多项式函数或者常数值。
指定速度的多项式函数、分段线性函数或分段多项式函数或者常数值来定义热传导系数，步
骤如下：
1.       在热传导系数右边的下拉菜单中选择多项式、分段线性或分段多项式。（如果你所
要使用的函数类型已经被选中，你可以点击编辑按钮打开你所定义的函数的面板）。
2.       在热传导系数函数定义的面板中输入适当的值。这些轮廓输入面板和温度相关属性
的轮廓输入面板用法相同。请参阅使用温度相关函数定义属性来查看如何使用它。
要定义常数热传导系数，步骤如下：
1.       在热传导系数下拉列表中选择常数。
2.       在热传导系数框中输入h的值。

下面的例子告诉你如何设定热传导系数。考虑通过水冷却散热器的简单的空气二维管流。

在定义压力损失系数的表一的数据以及空气密度值（1.0 kg/m^3）和指定的热（1000 J/kg-
K) 可用于获取下面的的值，它们可用于计算热传导系数h：
Velocityh
(m/s)(W/m^2K)
5.02142.9
10.02903.2
15.03750.0
热传导系数符合速度的二阶多项式关系（与上面的点相符），形式如下：

其中v在这里是通过散热器的绝对速度值。

为散热器定义离散相边界条件

如果你模拟粒子的离散相，你可以在散热器中设定粒子的轨迹，详细内容请参阅离散相边界
条件的设定一节。

散热器的后处理

报告散热器的压降

你可以使用表面整合面板来报告通过散热器的压降，具体请参阅表面整合一节。共
分两步来处理：
1.       在散热器区域的每一边创建一个界面。使用变形界面面板(参阅变形表面一节)分别
向上和向下稍微平移一下风扇区域，从而创建两个新的界面。
2.       在界面整合面板中，报告上游和下游界面的平均整合静压（使用平均选项）。这样
你就可以计算通过风扇的压力变化了。

要检查这个数值和通过散热器压力损失模拟中的方程1的预期值比较的话，你可以使用界面
整合面板报告通过散热器的平均法向速度。（如果散热器和x，y或z轴不在一条线上，你需
要使用自定义流场函数计算器来为垂直于散热器的速度生成一个函数。一旦你有了平均法向
速度，你就可以使用模拟通过散热器压力损失中的方程3来确定损失系数，然后用模拟通过
散热器压力损失中的方程1来计算所预期的压力损失。

报告散热器中的热传导

要确定通过散热器的温度，请参阅报告散热器压降产生散热器上游下游的界面的大
致步骤。然后是用界面整合面板（关于压降报告的）报告每一个表面上的平均静温。然后你
就可以计算通过散热器的温度了。

图形显示

你所感兴趣的散热器的图形报告有：
l        静压和静温的轮廓或等值线图
l        静压和静温的XY 图与位置的比较

图形和可视化一章解释了如何生成数据显示图形。
注意：生成这些图形时要保证关闭所有节点值的显示，以便于你在散热器的每一个
边可以看到不同的值。（如果你显示节点值，散热器两边的单元值会被取平均来获取节点值
，这样你就看不到通过散热器的压力跳跃和其它现象了。

多孔跳跃边界条件

多孔跳跃条件用于模拟已知速度/压降特征的薄膜。它本质上是单元区域的多孔介
质模型的一维简化。应用的实例有：模拟通过筛子和过滤器的压降，不考虑热传导影响的散
热器模拟。我们应该尽可能的使用这一简化模型（取代完全的多孔介质模型），因为它具有
很好的鲁棒性（robust）和收敛性。
薄膜介质是具有有限厚度的，通过它的压力变化定义为Darcy定律和附加内部损失
项的结合：

其中，m是层流流体粘性，a是介质的渗透性，C_2为压力跳跃系数，v是垂直于介质
表面的速度分量，D m为薄膜的厚度。C_2的适当值可以用多孔介质用户输入中所介绍的技巧
来求得。

多孔跳跃模型的用户输入

一旦在边界条件面板中指定了多孔跳跃区域，你就需要在多孔跳跃面板中（如下图）设定所
有的模型输入。这个面板是从边界条件菜单中打开的，详细方法请参阅设定边界条件一节。

Figure 1: 多孔跳跃面板
多孔跳跃模型需要输入如下：
1.       确定多孔跳跃区域
2.       设定介质的表面渗透性（多孔跳跃边界条件的方程1）
3.       设定多孔介质厚度（D m）。
4.       设定压力跳跃系数（C_2）。注意：此项输入不管你是用什么单位系统，所输入的
值都要是国际标准单位对应的值。
5.       为多孔跳跃定义离散相边界条件（对于离散相计算）

多孔介质的一维化简模型，被称为多孔跳跃，可用于模拟具有已知速度/压降特征的薄膜。
多孔跳跃模型应用于表面区域而不是单元区域，因此多孔跳跃区域是内部表面区域类型（表
面在二维中是线段，在三维中是三角形或四边形）。如果多孔跳跃区域没有被确认（也就是
说它被确认为其它内部表面区域类型）或者读入网格时为默认，你就需要使用边界条件来将
适当的表面区域改为多孔跳跃区域。菜单为：Define/Boundary Conditions...。

改变区域类型的程序在改变区域类型一节中介绍了，一旦区域被改成多孔跳跃区域
，你就可以打开多孔跳跃面板（见设定边界条件一节）来指定上面所列的所有参数。

如果你模拟粒子的离散项模型，你可以在多孔跳跃区域设定粒子的轨迹。详细内容
请参阅离散相边界条件的设定一节。

多孔跳跃的后处理

和多孔介质的后处理一样，请参阅相关内容。

lalula2

请问有图吗？
如果能够放图就太好了。

浪子轻狂

这是不是从网上流传的据称是赵育新大侠翻译的word中复制过来的？