數值分析程序

2.3.1 建構幾何外形

首先以 CAD 軟體繪製三維實體模型，在藉由轉檔（IGS）匯入

Fluent，以利進行模型網格之建置。本研究中使用的風扇分析模型係

將離心風扇外殼略作簡化，以便於構建分析網格，外殼尺寸為：長度 89 mm、寬度 76 mm 、及厚度 13 mm，風扇內部之葉輪(Impeller)及 渦殼(Volute)則維持原狀，風扇上下兩面各有一個圓形入風口，側面 有一個長方形出風口。風扇葉片數目有 13個，外型為平板，如圖 2.2 所示。

圖2.2 風扇3D分析模型

為減少模擬誤差並符合實際測試狀況，在風扇模型之入口端及出 口端分別建立整流段，以模擬實際風洞測試平台，在雙入口處連接相 同尺寸之圓管，其直徑為50 mm、長度為30 mm，出口處沿著風扇中 心軸連接單一圓管，直徑為298 mm、長度為600 mm，如圖 2.3所示。

圖 2.3 連接風扇之風洞分析模型

Inlet-1(1atm)

Inlet-2(1atm) Fan: 4000rpm

Outlet

出口流道

葉輪(Impeller)

渦殼(Volute)

2.3.2 網格建立

網格建立是數值分析重要工作之一，網格多寡與優劣將影響分析 時間與模擬結果。本研究使用 Fluent 的前處理軟體 Gambit，先輸入 風扇及渦殼3D尺寸之IGS圖檔，並修飾轉檔所產生之幾何誤差，再 建立分析格點，網格種類包含結構或非結構六面體、四面體、角柱體、

和稜柱體，最後指定邊界區。

本研究將風洞分析模型分為四段來建立不同流體區，第一段為風 扇流體區（如圖 2.4 所示），此區網格最密，因為風扇轉動時流場相 當紊亂，應以較密之網格計算複雜之流場變化；第二段為渦殼流體 區，該區網格次密；第三段為雙吸入口整流段，一般而言，此圓柱形 整流段直徑不能小於風扇入口尺寸，以免影響分析結果；最後建立出 口處整流段，此段模擬風洞測試段尺寸來進行模擬分析，以期分析與 實驗較接近，此區域由風扇出口到大氣邊界，網格分佈由密到疏逐次 建立，形狀為非結構性網格。整個模型之網格佈置如圖 2.5 所示。

圖 2.4 風扇流體區網格

圖2.5 網格佈置

2.3.3 邊界條件

設定邊界條件時需考慮實體之運作情況，否則將影響計算結果之 真實性。在Gambit構建完成之網格檔讀入Fluent 軟體時，主要設定 之邊界條件有三：(1)風扇流體區轉數設定為 4000rpm、(2)風扇雙入 口壓力設定為一大氣壓（錶壓為0 Pa）、及(3)風扇出口壓力設定為特 定之靜壓值，此靜壓值將參考風扇P-Q性能曲線逐一選定。

2.3.4 收斂條件

在收斂條件的設定方面，本研究所設定的疊代次數為 4000 次，

收斂值是10^-6，也就是在疊代的過程中，收斂值到達 10^-6時，程式就 會停止，反之，在此區間如果發散程式將會自動停止。

2.3.5 計算與後處理

在經過相關設定以及檢查無誤後，就可讓電腦針對流場條件作數 值計算，這時需要注意殘餘改變率是否收斂或是發散。當結果為收斂 時，便可使用Fluent的後處理，將計算的結果，例如：各個格點的速 度、壓力值…等，顯示需要的截面速度向量或者壓力分佈圖…等，同