Airpak模拟教程-体育馆通风模拟案例-CFD数值模拟教程airpak.pdf

Airpak 模拟案例模拟案例 CFD 模拟案例模拟案例 体育馆通风案例教程体育馆通风案例教程 1 Airpak 软件中文学习案例软件中文学习案例(含软件详细操作步骤)(含软件详细操作步骤) 目目 录录 01 篇建模问题篇建模问题. 3 1.1 模拟概况模拟概况. 3 1.2 简化模型简化模型5 1.3 用用 airpak 建模建模. 5 1.4 airpak 建模步骤建模步骤 6 02 篇网格生成篇篇网格生成篇. 9 2.1 网格生成详细步骤网格生成详细步骤.9 2.2 网格检查网格检查11 03 篇篇 条件设置条件设置. 12 3.1 边界条件设置边界条件设置.12 3.2 初始参数设置初始参数设置. 15 3.3 残差和计算参数设置残差和计算参数设置. 16 04 篇模拟后处理篇模拟后处理. 17 05 篇篇 模拟小结模拟小结.21 01 篇建模问题篇建模问题 1.1 模拟概况模拟概况 本工程是某大型体育馆模型，坐北朝南，79.2mX43mX17.8m。模型 主要有门、窗、通风风扇、墙体、灯等设备。正常情况下通过开门窗 来实现自然通风。季节较为炎热时采用空调进行通风降温。 室内布置室内布置 主要为桌椅、空调等(实际模型详见下方图纸)。本工程模拟研究对 象为体育馆内有人、无人的时候室内自然通风和空调通风下，室内温 湿度的模拟情况。 模拟工况为模拟工况为 1 过渡季节无空调时，室外自然通风时，室内温湿度分布、气流组 织、热舒适度的影响。 2 夏季有空调时，室内门窗关闭，空调通风时、室内热舒适度的影 响。 1.2 简化模型简化模型 拿到二维图纸或三维图纸后，建模的思路是先熟悉图纸，二维和 三维图纸都看一遍， 了解图纸中的建筑和物体的布局， 其次结合 CFD 模拟工况的要求，对建筑模型进行必要的简化，最后依据图纸信息进 行建模。如本工程，是一个体育馆模型，空间大。楼层高，要考虑主 要的散热设备如灯光、人体、墙体、送回风口等主要因素对环境的影 响。一些细小的结构部件，对环境影响不大，建模的时候可以忽略， 脑中有了这些模型后， 可以自己画一下， 也可以建模的时候一遍勾勒， 一遍看图。 图 1 体育馆 有人空调通风模型(门窗关闭) 图 2 体育馆 无人自然通风模型(开门窗) 1.3 用用 airpak 建模建模 开始建模时，要了解各个模型的尺寸信息，长 x 宽 x 高，应该使 用 airpak 里的那个模块比较合适。不同的模块选择对边界条件的设 置 要求不一样。 比如有的可以使用定温条件， 有的只能用传热边界条件。 所以这些信息，在建模时，心中要有数。拿本工程为例，室外墙体使 用 wall 模块，后期可以使用定温、热流密度、W/m2等边界条件， 还 可以设置墙体厚度。所以作为外墙是很合适的。但是有一点需要 注意， 就是室内的内墙，经过模拟的多次试验，是不适合拿来做内 墙的，因 为生成网格的时候，无法识别 wall 而产生网格，最后计 算的时候也 有问题，所以不建议用。一般内墙我都用 partitions，这 样就没什么问 题了。对于里面的门窗，如果是开启的可以选用 opening 或者 vent， 如果有局部的排风可以选用 hoods.对于其他结构，比如设备台等物 体，可以使用 block，默认生成的是个正方体，可以修改里面 的尺 寸布局，如果要生成复杂的模型可以选择 polygn 进行选点操作。 当然了上面说的是直接用 aripak 进行模型的搭建，对于不是特别 复杂的模型上手还是很快的。 如果是复杂模型， 可以用 CAD2012 以 上版本，用 pl 线建立面区，输出为 iges 格式，最后倒入 airpak,进 行 选点操作建模。 1.4 airpak 建模步骤建模步骤 (1)双击 airpak 软件后，进入页面的是下面的界面 (2)Existing 是表示已经有了之前建好的模型，打开就行了。 这里是新建工程， 我们选择 New 进入如下界面， 输入名字， 点 creat, 就可以新建一个工程 004。 (3)新建好工程后，默认生成了一个 room 这个是计算区域。后 面的模型搭建都在此基础进行。设置 room 尺寸，这里注意，打开 room 面板后，点击 Geometry,在 specifty 里选择 start/length,输 入各个参数如下图所示。建立外墙 wall,设置尺寸，六个面都可以设 置外墙。 (具体尺寸大小参考模型素材) (4)利用 partitions 建立天花板，设置尺寸。 (5)利用 opening 建立开启的门窗， 设置尺寸， 进风温湿度等信息。 (6)利用 fans 模块建立通风风扇等模型。 (8)利用上述模块依次搭建好各个模型如图所示。如果模型复 杂开业利用上面所说的方法进行建模， 也可以用 CAD 软件进行描底 图选点建模。 02 篇网格生成篇篇网格生成篇 2.1 网格生成详细步骤网格生成详细步骤 看完了 01 建模篇后，建立好好模型后，如果没问题就可以开始 建立网格了。建议建立网格前可以自己先检查一遍模型，看看有什么 问题。检查好模型后，可以开始建立网格。网格模型的建立可以分 2 步进行，先建立粗网格，后再见精密网格。点击 mesh control 进入 网 格生成界面如图所示。 Mesh type 为要生成的网格类型，可以选择其中一格类型就行。 Mesh para 选择 coarse 粗网格，点击 generate mesh 生成粗网格。 生成粗网格的目的，是为了正式精网格提供信息。我们利用粗网 格生成的 max size 信息，进一步设置。Mesh parameters 选择 naormal, 也可以对局部网格进行加密。设置好了，最后对模型进行生成。 2.2 网格检查 检查下网格生成的质量，display 一下看网格质量。 03 篇篇 条件设置条件设置 3.1 边界条件设置边界条件设置 前面利用了 airpak 模型建立了 wall block 等模块，网生成后可以 进行相应的设置，比如温度，风速，湿度，传热量，材料参数等信息。 当然了如果有污染物，需要单独设置，如果有热源，可以设置 resisitenc 等信息。具体设置方法见下图。 本工程设置的模拟边界条件如下 1. Basic 里湍流方程选择 two equation, 室外温度 32，相对湿度 65 4. 外墙厚 240mm,传热参数设置为室外定温 30.7 5. 封闭的门和窗采用 partitions 来创建， 室外的门温度和室外温度 一样。 6. 灯光尺寸为 0.5X0.5x0.5,散热量为 400w 7. 人体尺寸保持默认，也可进行修改，传热参数 75w/m2 8.空调送风口风速 8m/s，送风温度 16，回风风速 10m/s，温度 26 3.2 初始参数设置 设置好了边界条件后，可以进行初始参数设置。 打开 problem paratemrs-basic parametres 进入初始参数设置。如下 图所示，勾选计算的模型参数， varaiabl solved -勾选 flow 和 temperatue, 后期对这流速，压力，温度进行算，如果有辐射可以勾选 radiation. 计算热舒适度选 IAQ。湍流方程，本工程选室内零方程。由于本案 例 选的是 Y 轴为高度，所以选择重力加速度为 Y 轴方向，指北针 可以 按照实际方向进行选择。 在 Default values 项，选择默认环境温度，材料，辐射温度等参 数，初始速度。 3.3 残差和计算参数设置 设置计算参数和残差标准，最后在 slove 开始-strat solution 计算。 04 篇模拟后处理篇模拟后处理 计算好了之后，如果没问题可以进行后处理。做出温度场、湿度、 流速场的分布。 在 post 处 plane cut 处进行切面截取。 在 parameters 点击下，打开界面 contour of 勾选温度，湿度等参数进行设置。 处理后的结果如下图所示。 05 篇篇 体育馆模拟小结体育馆模拟小结 1)本工程是体育馆模型，研究由于空间高大，考虑到空调通风时大 多数采用旋流喷口，风速比常规的百叶等风口等送风风速要大，因此 风速可以参考设备和规范要求设置大一些比如 510m/s，回风口的风 速可以比送风口的风速大 1.2 倍左右。 风口风布置高度可以稍微低一 些，不必贴着天花板，因为冬天，送风口太高的话，热风送不下来。 2)本文从模型的建立-网格生成-参数设置-模拟后处理。大致 流程是 这样。当然了这个模拟是在模拟的没问题前提的一个流程，如果模拟 过程中发现流场不收敛，模型有问题，需要多次调试的。 3)关于网格加密，不收敛，模拟后处理等问题，请关注公众号七 师兄课堂，目前我们已经出了 Airpak 系列课初级班 8 讲、中间班 32 讲、高级版 48 讲。客服微信2654158471，第一时间更新 CFD 系列 原创课程。 22