计算流体动力学仿真：SOLIDWORKS Flow Simulation基于通风效率验证

SOLIDWORKS 仿真可以在虚拟环境中依托真实物理规律完成各类仿真算例计算。在本系列文章中，我们将介绍三类仿真应用：流体动力学、线性分析以及电子散热。我们将对这些算例的结果进行验证，向大家展示 SOLIDWORKS 虚拟测试的精度水平。本文从用于计算流体动力学（CFD）分析的 SOLIDWORKS 流体仿真入手，利用局部平均空气龄（LMA）参数研究房间通风效率，计算空气流经房间所耗费的时间。

我们将把仿真结果与 Bartak 等人搭建的试验台测试结果进行比对，评估求解结果的精度。在评估通风效率以及环境内污染物排出能力时，局部平均空气龄（LMA）是一项重要指标 —— 该数值越低，代表通风效果越好。本模型还原了 Bartak 等人所分析的腔体空间。在入口与出口处额外增加长度 1.92 m 的通道，用于在分析过程中充分发展流体速度剖面。

分析准备工作

采用默认初始条件（环境大气压与环境温度），同时开启重力。对整个计算域采用精细网格，保证从地面到天花板的结果采集区域具备良好计算分辨率。在仿真迭代约 4 次流体穿行周期后，执行一轮自适应网格划分，对高流速区域进一步提升网格分辨率。生成的网格如下图所示，网格单元总数约 440 万，远高于 Bartak 等人数值研究所使用的 24300 个单元。

整个算例共计运行接近 10 次流体穿行周期，保证收敛较慢的参数完成稳定收敛（例如房间角落的死区以及靠近地面、天花板的区域）。

沿着 3 条从地面延伸至天花板、沿房间中线布置的竖直线提取结果，并与 Bartak 等人的实体试验数据进行比对。

仿真结果

Bartak 等人得到的局部平均空气龄（LMA）结果除以 538，得到无量纲局部平均空气龄。为便于对比，本文同样采用该处理方式。

位置 1

位置 2

位置 3

剖切图

带流线的二维剖切图，展示局部平均空气龄分布。

带流线的二维剖切图，展示速度分布。

展示速度的等值面云图。

展示速度的流动迹线。

展示速度的流动迹线。

将无量纲局部平均空气龄的仿真结果与试验台测试结果对比，SOLIDWORKS 流体仿真的计算结果展现出非常好的一致性。最大偏差为 6.7%，该数值与试验台数据采集方法本身的可重复性误差（6.5%）十分接近。

这是非常理想的结果！

总体而言，该类验证工作充分证明虚拟测试可以作为可靠工具，预判零部件在真实工况下的工作表现。在设计工作流中引入 SOLIDWORKS 流体仿真，就可以开展大量 “假设分析” 工况；这些工况如果采用其他方式，要么耗时极长，要么成本高昂。

如需了解更多信息，请查看 SOLIDWORKS 流体仿真页面。

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