ANSYSY CFX算例精选 室内通风仿真计算
通过学习本算例您将获得？
1、学会使用workbench+cfx模块进行室内通风的流场计算
2、学会利用cfd-post相关后处理（温度场、速度场、流线动画） 来评价室内气流组织状况
目 录
1. 摘要
2. 案例描述
3. 操作步骤
3.1. 风道仿真
3.2. 室内仿真分析
4. 本章小结
1. 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。
2. 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。
3. 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。
(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
3.1.1.2. 进入CFX界面
双击Setup 进入CFX-Pre界面
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。
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1[atm]。
切换到Fluid Models标签栏下，选择【Heat Transfer】>【Option】>【Isothermal】，设置Fluid Temperature为21[C]。
设置【Turbulence】>【Option】>【Shear Stress Transport】，其余为默认设置。
点击【OK】完成设置。
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】>0[Pa]，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。
(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】>0.225[kg s^-1]，点击【OK】确认设置。
(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】>0.225[kg s^-1]，点击【OK】确认设置。
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。
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。
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。
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】。
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。
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。
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
3.1.4.3. 退出后处理模块，在Workbench下重命名模块为duct。
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。
3.2.1.1. 进入CFX界面
双击Setup 进入CFX-Pre界面
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。
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1[atm]。设置【Buoyancy Model】>【Option】>Buoyant，设置【Gravity X Dirn.】>0[m s^-2]，【Gravity Y Dirn.】>0[m s^-2]，【Gravity Z Dirn.】>-g，设置【Bouy. Ref. Density】>1.185[kg m^-3]。
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。
继续切换至Initialization标签栏下，勾选Domain Initialization选项，设置【Temperature】>【Option】>【Automatic with Value】>【Temperature】>21[C]
点击【OK】完成设置。
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。
点击【OK】确认文件导入。
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。
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】。
切换至Boundary Details设置栏中，确认【Mass And Momentum】下设置，定义【Heat Transfer】>【Option】>【Static Temperature】>21[C]，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。
(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】。
切换至Boundary Details设置栏中，确认【Mass And Momentum】下设置，定义【Heat Transfer】>【Option】>【Static Temperature】>21[C]，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。
(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】。
切换至Boundary Details设置栏中，定义【Heat Transfer】>【Option】>【Temperature】>37[C]，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。
(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】。
切换至Boundary Details设置栏中，定义【Mass And Momentum】>【Relative Pressure】>0[Pa]。【Heat Transfer】>【Option】>【Opening Temperature】>21[C]，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。
(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】。
切换至Boundary Details设置栏中，定义【Heat Transfer】>【Option】>【Temperature】>【Fixed Temperature】>30[C]，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。
(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】。
切换至Boundary Details设置栏中，设置【Mass And Momentum】>【Mass Flow Rate】>0.132[kg s^-1]。定义【Heat Transfer】>【Option】>【Static Temperature】>40[C]，其余设置为默认，点击【OK】完成设置。
(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】>0.132[kg s^-1]。其余设置为默认，点击【OK】完成设置。
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】>2[s]。勾选Conservation Target选项，其余设置为默认，点击【OK】确认设置。
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。
3.2.3. 求解设置
3.2.3.1. 关闭CFX-Pre窗口，退回至Workbench界面。
3.2.3.2. 双击B3模块中Solution，进入到CFX求解设置界面。
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】。
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。
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】>1.2[m]
(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=2[m]，Y=5.1[m]及XY平面Z=0.25[m]，查看对应截面温度分布。
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】>0[m s^-1], 3[m s^-1]
(4)设置【# of Contours】>31
(5)点击【Apply】
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】。
(4)点击【Apply】
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
(4)选择Color标签下【Range】>Local
(5)点击【Apply】
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。
4. 本章小结
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。
文章来源：CFD入门到精通
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