電腦指定區域旋轉 風扇模擬01 三維風扇區域

2021-10-12 07:50:03 字數 2614 閱讀 7438

炎炎夏日,電風扇是必備抗暑神器。家用電風扇結構較為簡單,一般為電機帶動扇葉旋轉,從而引起空氣流動,達到加強散熱的效果。

fluent中模擬風扇主要有3種方法:

利用fluent中的3d fan zone可以無需建立風扇幾何模型而模擬計算區域中存在的風扇。3d fan zone將分布的動量源應用於乙個環形流體體積(即葉片掠過的體積)中,用於模擬軸流風扇作用的流體單元區域。這與基於集總引數模型的風扇邊界條件相反,在集總引數模型中,認為風扇無限薄且將速度階躍定義為速度的函式。3d fan zone具有以下優勢:

注:被指定為3d fan zone的計算區域不允許存在非一致網格。因此在生成計算網格時注意共享拓撲。

下面的方程用於三維風扇區軸向、切向和徑向的動量源,用於模擬風扇對流體的影響。切向動量源基於葉輪機械相關關係,徑向動量源基於離心力平衡。

軸向方向:

切向方向:

徑向方向:

式中,為給定軸向流量的條件下對應的風扇壓力公升高量;為葉片軸向掠動環麵區域的厚度;為風扇功率;為與風扇旋轉軸的距離;為風扇工作角速度;為風扇轂半徑;為基於拐點比的風扇葉片上的點的半徑;為風扇葉尖半徑;為流體密度;為當地切向速度。

為了計算切向源項,定義額外的3個表示式:

式中,為風扇出口平面的速度向量;為風扇出口平面的面積向量;為拐點比,定義為切向速度沿葉片長度方向從增大到減小的轉換位置將葉片分割成的長度之比。

通過三維風扇區域的壓力公升高量被定義為通過風扇的體積流量的函式。該關係可以是常數或風扇特性曲線,即多項式或分段線性函式。在多項式的情況下,該函式關係可定義為下面的形式:

式中,為壓頭係數多項式(fluent計算得到),為風扇法向流量。

注意:流量可以是正的,也可以是負的。在指定流量是需要注意,確保通過風扇的正向流動產生壓力上公升。

風扇特性曲線資料通常是在規定的測試條件下收集的。然而cfd模擬的工作條件可能與此資料不一致(例如,轉速或流體溫度可能不同)。此時三維風扇模型可以根據以下比例關係對風扇曲線資料進行調整:

式中,及分別為測試溫度及風扇網格區域的體積平均溫度。

將三維風扇區作為一種特殊型別的流體區域進行建模。網格區域應當包含乙個與風扇掠過體積相同尺寸的圓環區域(區域內部半徑與外部半徑分別與風扇的輪轂與葉尖半徑尺寸相等,厚度方向與葉片掠過的圓柱區域厚度相等)。流體區域型別為「interior」,即具有至少兩個與另乙個流體單元區相鄰的、作為風扇進出口的interior型別的邊界區域(其他邊界也可以是interior型別)。

要將網格區域指定為3d風扇區域,需要在流體區域設定對話方塊中啟用3d fan zone選項,然後在3d fan zone選項卡中定義風扇的幾何形狀及引數。

3d fan zone後,可以在對話方塊中設定風扇的幾何。

properties引數。

可以通過按鈕read fan curve…讀取文字格式的pq資料。乙個簡單的pq資料文字示例如下:

cell zone id

18 !cell_id

pressure(pa) flowrate(m3/s)

-333.0 1.130

-215.0 1.122

-165.0 1.064

0.0 0.981

42.0 0.912

90.0 0.855

112.0 0.786

303.0 0.546

344.0 0.492

395.0 0.451

411.0 0.399

442.0 0.324

除了讀取pq文字資料,還需要指定擬合方法(可選擇polynomial或piecewise-linear,對於多項式擬合,還需要指定多項式的階數)。除此以外,還需要在對話方塊中指定初始流量、實驗工況的角速度以及溫度。

3d風扇區域在使用過程中存在一些限制:

另外,利用3d fan zone模型無法模擬搖頭風扇,想要模擬搖頭風扇,可以使用滑移網格或動網格模型。

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