流体分析（虚拟风洞：流场、阻力、散热系数）
数字工厂工作台左侧“专业软件 → 流体分析”。把零件放进一个虚拟风洞，服务器算出风怎么绕过零件、阻力多大、每个面的散热系数 h 是多少；算出的 h 可以一键送进“仿真与分析”的温度场，代替查表的散热系数。不用装软件，求解器是 OpenFOAM（开源，服务器上调用）。教学模式、生产模式都能用。
配套实验：实验 14 减速器风扇冷却的流体与传热分析，页面右上角可下载指导书和报告模板（Word）。
一、四步算一次
- 零件，三种来源：
- 示例（参数可改，改了点“读入”重新生成）：
- WQR-105 简化箱体：读入后自动填好“风扇 5 m/s 顺着长边吹、放在机座上、表面 70 ℃”；
- 电脑 CPU 散热片（生活例子）：3 m/s 顺着片间通道吹；
- 缝纫机伺服电控箱：铝外壳兼散热器，顶面翅片可改，功率模块贴在顶板里面；没有风扇时用下面的“自然对流”；
- AGV 小车电控箱通风（机器人例子）：小车 1.5 m/s 行驶，风从前面的风口灌进去、后面的风口出去；“风口布置”1/2/3 三种可比较；箱里有电机驱动器和工控机。
- 物料库里发布过三维模型的零件；
- 上传任何 CAD 导出的 STEP。
- 风：风速（m/s）、来流方向（±X、±Y、±Z）、空气温度、是否“放在地面 / 机座上”（勾上后零件底面贴着地面，底面不吹风）。也可以在框里写一句话，例如“轴端风扇 5 m/s 沿长边吹，空气 25 ℃，箱体表面 70 ℃，放在机座上”，点“AI 填表”——AI 只填表，下面列出它理解了什么、哪些没看懂，确认后你自己点“开始计算”。
- 换热：勾“算散热系数”，填零件表面温度。强制对流时 h 几乎不随温差变，填接近实际的温度即可。不勾就只算流场和阻力（快一点）。
- 网格：粗（约 6 万单元）、中（12 万）、细（25 万）。一般 2–8 分钟；AGV 电控箱这种箱里有通风的，平台自动加密箱壁和风口附近，约 6–10 分钟。
计算服务排队，一次算一个；页面上显示排在第几、正在划网格 / 算流场 / 算温度场。离开页面不影响计算，回来在下方记录里点“看 →”。
一之一、自然对流
没有风扇、靠热空气往上浮散热的零件（缝纫机电控箱、电控柜）要算自然对流。目前只有缝纫机设计软件“CAE 分析 → 电控箱”调用它，这一页的“风”还没有这个选项（以后加）。计算服务把零件放在一间大房间里（墙是空气温度），打开重力，按非定常（OpenFOAM buoyantPimpleFoam）算到流动稳定，取后段几帧平均每个面的散热系数 h。网格不贴体（台阶网格：贴体时边角挤出的歪斜单元在重力下会算出假流动），和坐标轴对齐的外形几乎没有误差，斜面、圆角会成台阶。辐射不在流体里算，送温度场时另加（εσ(T_s² + T_a²)(T_s + T_a)）。一般 5–10 分钟。
二、看结果
- 三维图：零件表面按“压力”或“散热系数 h”着色（右边色标），流线按速度着色，半透明的水平截面是速度大小。鼠标停在零件上显示那一点的压力、h 和这个面的平均 h。拖动旋转、滚轮缩放、右键平移。
- 四张卡片：
- 阻力 = 压差阻力 + 摩擦阻力，阻力系数 C_d（按迎风投影面积和动压 ½ρU²）；
- 平均散热系数和总散热量；
- 雷诺数和流动状态（Re < 2000 层流，否则 k-ω SST 湍流模型）；
- 网格和收敛：到步数上限还没完全收敛时标黄。钝体后面的尾流本身会摆动，常常这样；平均值仍可用，局部值看趋势。
- 每个面：面积、平均压力（相对来流，迎风面为正）、h、散热量。
- 下载 Word 报告：设置与方法、结果表、两张三维截图（表面压力和流线、表面 h）、每个面的表、页面上的 AI 解释和局限。
- 请 AI 解释结果：讲流动状态、阻力构成、h 大小面的原因，并用教材平板公式（层流 0.664·Re^½·Pr^⅓、湍流 0.037·Re^0.8·Pr^⅓）核对量级。没配大模型时用规则生成。
三、送到温度场
带换热的结果有“把散热系数送到温度场 →”按钮：转到“仿真与分析”，自动读入同一个零件、切到“温度”、每个面填上算出的 h（h 相近的面合成一行），环境温度取来流温度。示例零件同时带上它的发热（箱体内壁的齿轮损耗、CPU 发热、驱动器和工控机发热），装在机座上的底面、贴着 CPU 的面不填对流。
WQR-105 箱体还会自动加上辐射：教材的 K_s 是“对流 + 辐射”的总系数，涂漆铸铁发射率约 0.9，70 ℃ 时辐射约 6.8 W/(m²·K)；教材公式里的 K_s 也换成“算出的对流平均 + 辐射”，方便和有限元比较。
数字孪生页“假如加风扇”用的散热系数，会自动取本厂最近一次“箱体 + 换热”的流体分析结果（没有就用教材的 31）。
四、标准题核对
页面下方“标准题核对”：在服务器上跑四道有教材答案的题（约 3–5 分钟），表格列出平台结果、教材公式和差：
| 题 | 教材 / 文献 | 平台（差） |
|---|---|---|
| 平行平板间层流压降 | dp/dx = 12μU/h² | 0.5% |
| 平板层流平均 Nu（Re 9600） | 0.664·Re^½·Pr^⅓ = 58.6 | 60.3（+2.9%） |
| 湍流平板通道摩擦系数 | Blasius 0.079·Re^(−¼) | −0.8% |
| 湍流平板通道 Nu | Dittus–Boelter 0.023·Re^0.8·Pr^0.4 | −1.7% |
| 绕圆柱阻力系数（Re 40） | 1.52–1.57 | 1.57 |
五、它能算什么、不能算什么
- 能：定常、不可压（风速 60 m/s 以内）的空气外流和通风；强制对流换热；阻力。
- 不能：浮力驱动的自然对流（车停着、风扇不转时靠的那种）、辐射（送温度场时箱体另加）、转动的风扇叶片、可压缩流、非定常涡脱落的频率。
- 网格上限 30 万单元（教学版），阻力和 h 看前两三位有效数字；风洞侧面只留 1.5 倍零件尺寸，阻塞较大时阻力系数偏大几个百分点。
- 薄壁（小于约 4 mm）的零件网格可能分不开，建议按 4 mm 以上建模或选细网格。
六、方法（给老师和想深入的同学）
STEP → 按 CAD 面分开的表面三角形 → 长方体风洞（来流前 2 倍、后 5 倍、侧面 1.5 倍特征尺寸）→ OpenFOAM blockMesh 背景网格 + snappyHexMesh 贴体加密 → simpleFoam（SIMPLE 算法，多核时自动分块并行）→ 在算好的流场上自写有限体积解温度（迎风格式，等效扩散 ν/Pr + ν_t/Pr_t，Pr_t = 0.85）→ 按面积分得每个 CAD 面的压力、摩擦力、散热量。强制对流时温度不影响流动，所以先算流动、再算温度，结果和耦合求解相同、快一两个数量级。