FLUENT风扇边界条件应用

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正文共：字18图预计阅读时间：4分钟1前言笔者之前做过几个关于内部风扇（fan）的案例，感兴趣的读者可以搜索历史消息或者点击文末的历史消失查看。彼时的风扇是位于计算域内部的，而实际上FLUENT还有外部风扇边界条件可用，此时可以模拟送风或者排风。今天，我们做一个外部风扇边界的案例，供参考。2模型描述和求解设置还是用如下的二维轴对称管道模型，管道内径Φ30mm，长mm，里面有个内径Φ20mm的孔板。FLUENT的外部风扇有送风（intakefan）和排风（exhaustfan）两种，都是通过无厚度的压力阶跃来实现风扇的模拟，你可以理解为对应实际的鼓风机和抽风机，只是用一个无厚度的面来模拟。只需要输入风扇的流量压降特性曲线即可以计算得到管道的流量。假设风扇的流量压降特性曲线如下，风机特性曲线的压力通常指的就是全压。需要注意的是，软件的风扇特性曲线是按“速度—压力”输入，而不是“流量—压力”输入，因此需要把流量按管道内径换算成速度（如下图）。风扇的输入面板如下，其实和压力边界很相似，只是输入的不是压力值，而是恒定压力阶跃或者流速压力特性曲线。本案例，我们分别计算鼓风机、抽风机、鼓风机+抽风机三种情形。对应的边界条件组合为“intakefan+pressureoutlet”、“pressureinlet+exhaustfan”和“intakefan+exhaustfan”，其中压力出口表压0Pa，压力入口全压0Pa。3计算结果3.1鼓风机管道的速度分布如下，从左往右，流向正确。进口平均速度为5.46m/s，对比风扇曲线，工作点压力亦即风扇出口压力（全压）约为Pa。我们读取管道进出口全压，结果显示出口全压正常，而入口全压为0Pa，表征的是流体的能量（以全压计）由0增加到19.13Pa，这个能量增量来自于风机，流体不可能无端增加能量。若要获得实际的入口全压或者说风机的出口全压，需要分别读取流体的静压和动压，两者之和即为动压。从下面的报表可以看出，入口全压为.27Pa+18.27Pa=.54Pa，和风扇曲线工作点压力一致。3.2抽风机管道的速度分布如下，从左往右，流向正确。出口平均速度为5.56m/s，对比风扇曲线，工作点压力亦即风扇出口压力（全压）约为Pa。进出口的静压和动压分别如下，可以看出，管道内部都是负压，而且在出口负压最大，这就是抽风机的功能，很好理解。同时，可以发现出口的全压约为-.15Pa，注意到exhaustfan边界条件的输入面板中表压为0Pa，相当于抽风机的背压，因此抽风机的全压力增加量为.15Pa，即工作点压力。3.3鼓风机+抽风机管道的速度分布如下，从左往右，流向正确。进出口的流速约为6m/s，相比单独鼓风机或者抽风机有增加，这很好理解，相当于两台风机串联。此时，我们看一下进出口的静压值，比单独抽风机高，比单独鼓风机低，也就是说我们想要获得一定的流量，同时要降低管道内的压力水平，可以用鼓风机搭配抽风机来实现。需要指出的一个问题时，如果管道阻力特性曲线和风扇特性曲线很不搭，也就是风扇选项非常不合适，曲线相交在很靠近坐标轴的位置，对于有抽风机的情况，出口可能会有回流，可能较难获得收敛解（残差曲线如下），此时可以先用稳态迭代一定步数，然后用很小的时间步长进行瞬态求解，会一定程度增强收敛稳定性。鱼花生

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