Fluent固定值区域设置

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1 前言

FLUENT计算域设置面版中有个固定值设置功能（Fixed Values），可以用来强制设置某个计算域的变量如温度、速度等为恒定值。在一些应用场合，比如恒温空调房可以使用该功能进行恒温设置。以下用一个简单的案例来介绍，同时给出一些注意事项。

2 问题描述

建立如下的二维房间模型，外围是4×4m的非空调房间，正中央有一个1×1m的空调房，温度为26℃。假设非空调房的冷负荷为1kW，空调房间无冷负荷。外部环境温度30℃，围护结构的对流换热系数20W/m2·℃，不考虑围护结构的厚度。房间内的空气传热过程包括对流、辐射和热传导，这里为了简化求解，不考虑空气的流动，亦即只考虑空气导热过程和辐射过程；同时，不考虑冷负荷的具体分布位置，将其简化为均匀分布的热源（体积热源66.6667W/m3）。

3 求解过程及结果

打开辐射模型和能量方程，选择DO辐射模型（该模型适用于各种光学厚度问题，通常对于介质为空气的情况，还可以用S2S辐射模型），所有壁面结构的内部发射率设置为1。

介质选择空气，通常将吸收系数和散射系数设置为0即可。

将中央的空调房设置为恒温区域，温度299.15K（26℃）。

将外部壁面设置为对流换热壁面，换热系数20W/m2·℃，外部流体温度30℃。

求解器设置保持默认，同时关闭流动方程。

设置一个监视器，监视外壁面的净总热通量（建议读者不论什么时候都要设置监视器，关注一些重要变量，只关注残差值通常很难满足实际的工程应用）。

计算迭代结果如下，可以看出，净总热通量趋于恒定，可以认为收敛。

细心的读者可以发现，净总热通量趋于稳定值-941.36W，也就是说流出系统的热量为941.36W，而实际上系统的总热源是1000W，似乎能量不守恒，这也正是本案例的关键问题所在。回到最开始，之前我们把空调房设置成恒温区域，这对于系统来说相当于增加了一个能量源项，可以想象一下，周围环境温度在改变，自身区域温度不变，必然是“吃掉”或者“吐出”部分能量的结果。恒温区域还可以等效为：将该计算域去除，其自身的边界为恒温壁面边界。因此，我们在进行能量收敛监测时把这些边界也加进去，这样对于整个系统而言就是能量守恒了，结果如下。可以看出，有57W的热量进入了恒温空调间，这也是恒温空调房所需要承担的外部冷负荷了。