FLUENT负压房间模拟

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1 前言

负压房间在实验室如病毒实验室、厂房如放射性厂房等场合都有应用，这些房间为了防止内部的物质如病毒、放射性气体通过门、窗缝隙逃逸出去，需要将内部的环境压力降低至外部环境压力以下，通过通风系统实现。在负压房间开门比正常房间更加吃力，负压越大越明显。

负压的实现方法为：通风系统的送风量小于排放量，对于房间而已，流进去的空气总量等于流出的总量，于是送、排风量的差值通过门窗缝隙弥补，也就是外部空气将通过缝隙流经房间，在实际应用中，考虑设备成本等因素，负压值不能太大，常见的是5~10Pa的负压。本案例将用FLUENT做一个负压房间的气流分析。

2 模型描述

建立如下4m×3m×3m的房间，房门尺寸1m×2.1m，门缝隙宽度3.5mm。顶部有一个主送风口和一个次送风口，主送风口尺寸800mm×400mm，次送风口尺寸800mm×200mm，主送风量400m3/h，次送风量200m3/h，侧墙有个排风口，尺寸500mm×300mm，排风量800m3/h，这样总排风量比送风量多200m3/h，可以使房间处于负压。

我们先根据洁净室的缝隙漏风量计算公式求负压值。

方法1：

V=1.29×(ΔP)0.5

ΔV=S×V

其中：△P——洁净室内外压力差（Pa）

V——从缝隙处流过的风速(m/s)

S——缝隙面积（m2）

ΔV：通过缝隙的泄漏风量（m3/s）

缝隙的总面积为0.021647m2，因此，根据上式可以求得房间的负压值为3.96Pa。

方法二：

L=0.827×A×(ΔP)0.5×1.25=1.03375×A×(ΔP)0.5

其中： L—漏风量(m3/s)；

0.827—漏风系数；

A—总有效漏风面积(m2)；

ΔP—压力差(Pa)；

1.25—不严密处附加系数

根据上式可以求得房间的负压值为6.16Pa。

3 FLUENT网格与设置

门缝和房间的尺寸跨度太大，因此不用结构化网格了，采用FLUENT meshing划分多面体网格。

网格（全局）

网格（局部）

采用SST-ω湍流模型，送排风采用速度入口，送风为正，排风为负，门缝采用压力出口，静压0Pa，这种设置需要注意排风口和门缝会出现100%reverse flow，即回流。

同时，本案例还增加了空气龄的计算，需要添加UDS求解，相关的UDF代码如下，具体如何求解空气龄大家可以问度娘。

#include "udf.h"#include "prop.h"DEFINE_DIFFUSIVITY(mean_age_diff,c,t,i){return C_R(c,t)*2.88e-05+C_MU_EFF(c,t)/0.7;}DEFINE_SOURCE(mean_age_source,c,t,dS,eqn){dS[eqn]=0;return C_R(c,t);}