FLUENT风扇边界条件应用

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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300mm，里面有个内径Φ20mm的孔板。FLUENT的外部风扇有送风（intake fan）和排风（exhaust fan）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“intake fan+pressure outlet”、“pressure inlet+exhaust fan”和“intake fan+exhaust fan”，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120Pa。

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103.27Pa+18.27Pa=121.54Pa，和风扇曲线工作点压力一致。