本案例演示利用Fluent UDS计算流体域内空气龄的基本过程。

1 空气龄

空气龄最早于20世纪80年代由Sandberg^[1]提出，定义为空气从入口到达房间某一位置所需的时间，该物理量能够反映室内空气的新鲜程度。某位置空气龄越小，表示该位置的空气越新鲜，空气品质也越好。

稳态条件下的空气龄输运方程张量表达式为^[2]：

式中，为室内某点的空气龄； 为空气密度；为速度矢量；为空气龄的扩散系数，；为空气动力粘度；为空气湍流粘度；分别为Schmidt数与湍流Schmidt数，本次模拟根据文献中的参数均取值为1。

在很多公开文献中，湍流Schmidt数常取值0.7。关于Schmidt数与湍流Schmidt数可参考文献^[3]，也可参阅Fluent Theory Guide 4.3.8。

”

2 UDS代码

从空气龄的输运方程可以看出，其包含有对流项、扩散项与源项。UDS代码中需要指定扩散项与源项。

代码如下所示。

#include "udf.h"
 
DEFINE_DIFFUSIVITY(mean_age_diff, c, t, i)
{
    return C_MU_L(c, t) + C_MU_T(c, t);
}
 
DEFINE_SOURCE(mean_age_source, c, t, dS, eqn)
{
    dS[eqn] = 0.0;
    return C_R(c, t);
}

Fluent UDF手册的2.5.3中举了一个计算空气龄扩散系数的示例，但该示例的扩散系数计算方式与本案例并不相同。关于空气龄扩散系数的计算方法，很多文献都给出了不同对计算方式，读者可以自行选择或推导该系数。

”

3 问题描述

计算模型如下图所示。计算域中包含3个挡板，入口流速1 m/s，计算区域内的空气龄分布。采用ICEM CFD生成全四边形计算网格。

4 Fluent设置

• 以2D、Double Precision模式启动Fluent
• 利用菜单File → Read → Mesh...读取网格文件ROOM.msh

4.1 编译UDF

• 鼠标右键选择模型树节点User Defined Functions，点击弹出菜单项Compiled... 打开UDF编译对话框

• 如下图所示添加UDF源代码，编译并加载UDF

• 右键选择模型树节点User Defined Scalars，点击菜单项Edit...打开设置对话框

• 如下图所示设置UDS参数

4.2 修改材料参数

• 修改材料介质air的参数UDS Diffusivity为mean_age_diff::libudf

4.3 指定计算区域

• 打开计算区域设置，激活选项Source Terms，点击User Scalar 0右侧的Edit... 按钮打开设置对话框

• 指定源项为udf mean_age_source::libudf，如下图所示

4.4 设置边界条件

• 指定入口速度1 m/s

• 指定inlet边界下UDS标签页下参数User Scalar 0为Specified Value，指定参数值User Scalar 0为0

• 指定出口边界静压为0 Pa

• 指定出口位置User Scalar 0为0

4.5 初始化计算

• 进行初始化设置

4.6 迭代计算

• 设置迭代次数300，进行计算

4.7 计算结果

• 速度分布

案例几何设计得不好，本案例出现了严重的回流，适当延长出口长度有利于减轻回流。

”

• 空气龄分布

参考资料

相关文件下载：

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