midas CFD之风扇分析

风扇CFD分析

FAN Boundary Condition

      在对风扇进行CFD分析时，通常采用MRF(请参考之前关于MRF介绍）或网格变形对风机进行建模，这样需要花费大量的精力和时间。通过使用风扇边界条件（FAN Boundary Condition），极大简化了复杂的风扇形状建模时间，并且可以使用风扇性能曲线自动计算风扇流量。风扇边界在将风扇用于各种目的的系统的设计阶段非常有用。

    如上图：对于风扇的流体分析，最精确的方法是壁面运动的边界模拟，对风扇的实际形状进行建模和分析，如果风扇的流量已知，则将风扇建模为简单流体体积，可以应用入口流动边界模拟。

    但是在设计阶段，无法准确掌握叶片的转速和流量信息，风扇边界可以有效解决此问题。

*风扇边界需有风扇的性能曲线数据

风扇边界是一种将风扇建模简化如下图的方式，通过输入风扇制造商提供的风扇性能曲线自动预测风扇流量的方法。

风扇性能曲线

风扇的曲线为压力和流量之间的关系

y轴是风扇安装在静压下的耐压，x轴为流量。大多数是静压力越高，流量越小。

但在高电阻的情况下，阻力随着流速的增加而增加。阻力曲线的斜率急剧增加，低电阻的坡度是平缓的。 阻力与流量的平方成正比。

风扇的工作点(Operating Point)由风扇的性能曲线和系统的电阻曲线形成平衡状态为启动点，由于阻力受几何形状的影响，因此在建模时考虑，并在分析中反映（输入）风扇的性能曲线，则可以准确预测风扇的工作点和流量。

风扇分类

1.轴流式风扇

轴流风扇是系统冷却中最常用的风扇。叶片推动空气以与轴相同的方向流动，在低阻力下产生大量风量。当应用风扇边界并赋予入口表面时，轴流风扇可以通过创建简单形状来简化风扇。

2.工业风扇（Radial Blower）

对于工业风扇，可以在入口或出口边界处设定风扇边界。 如下图

3.鼓风机-离心式（Centrifugal Blower）

对于离心式鼓风机，最好在入口处给出风扇边界。出口设置风扇边界，会因入口处无法形成均匀的流场，因此会与实际流场不同。

风扇边界

*共有三种风扇边界：入口风扇（送风机)、出口风扇（排风机）和内部风扇。入口风扇或出口风扇可以对风扇流体体积进行建模，或仅将风扇的入口模拟为一个简单的面。

在内部风扇的情况下，可以进行建模模拟。如不创建单独的风扇流体体积，则可以使用薄壁(Thin Wall)功能进行模拟。

注意事项

1.当阻力较低时，风扇边界的收敛性较差。如果由于模型简化等导致阻力降低，此时可通过调整时间步长(Time Step)方式。

2.风扇性能曲线有两种输入方式，流量对压力和转速对压力

对于多个风扇边界循环模拟

使用速度与压力曲线时，可以在单个风扇边界下同时应用多个风扇。 

但当使用流量与压力曲线时，每个风扇都必须创建自己的风扇边界条件。

3.如何提高风扇边界的收敛性

执行瞬态分析或稳态分析中调整CFL数量

具体操作如下方视频

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