基于Fluent呼气过程病毒扩散案例Step by Step

首发 | 仿真秀 （ID:fangzhenxiu2018）

导读：新冠状肺炎疫情，给我们的工作和生活造成了很大的影响，但是在大家共同的努力下，确诊病例连续下降，一些企业也已经逐渐开始复工。几乎所有的复工通知中都要求员工上班期间佩戴口罩，那么佩戴口罩就真的万无一失了吗？

通过调查发现，很多佩戴口罩的人都没有达到贴合度的要求，根据日本的一项调查研究，如上图所示的佩戴情况，感染率为100%。

一、案例分析

二、几何和 格

模型扫描图示

如上图所示，为了使仿真更加真实，几何模型采用三维扫描实际人脸模型和戴口罩模型，详细模型如图所示，

三、Fluent求解设置

将 格读入Fluent以后，开始进行求解器设置。

1、检查 格质量

2、进行基础设置

由于本次模拟呼出气体的扩散过程，需要使用瞬态计算，Fluent默认为稳态计算，因此需要设置成瞬态。

3、物理模型设置

物理模型设置包括两部分：

1）湍流模型设置，本次模拟主要考虑气体的扩散和混合，不关注壁面处的分离和受力，因此采用k-ε Realizable湍流模型；

2)组分运输模型设置，计算域中的流体均为气体，而人呼出的气体有多种组分，因此需要打开组分运输模型。

4、材料属性设置

设置完物理模型后，材料面板中会增加相关的材料，如图所示

本次模拟有三种气体材料：外流场的空气（air），呼出气体二氧化碳（co2）和病毒气体（poison）。材料面板已经有空气，二氧化碳气体可以从Fluent材料库中提取，病毒气体需要自定义。

双击材料面板中的二氧化碳材料，通过修改二氧化碳材料定义病毒气体，将Name修改成poison，清空化学式，由于组分输运单个材料属性中只有比热容和摩尔质量，因此暂时不需要修改气体材料属性，修改完后不要覆盖二氧化碳材料。

多组分材料默认的为氧气（O2）、氮气（N2）和水蒸气（H2O），本次模拟的多组分材料为空气、二氧化碳和病毒气体，需要修改组分运输材料，双击材料面板中的Mixture-template，进行修改。

Mixture-template中的气体材料最终只有毒性气体、二氧化碳和空气，组分运输气体的顺序很重要，其中组分占比最大的气体要放在最后，然后修改气体属性。

5、操作条件设置

设置完材料后，需要对操作环境进行设置，操作环境包括：操作压强、操作密度，重力加速度，其中参考位置和操作密度对于没有压力边界的以重力扩散为主的仿真比较重要，本次模拟参考位置选择相对稳定的大气压的位置，操作密度选择初始平均密度。

6、边界条件设置

边界条件包括：两个入口（鼻腔），对称面和壁面，其中速度入口包括速度和组分两部分，组分设置可以设置质量浓度，也可以设置摩尔浓度，本次模拟采用摩尔浓度。

7、求解设置

求解设置包括：选择求解方法，设置松弛因子，设置检测曲线，设置初始化和计算子歩和步数。本次仿真为瞬态计算，选择瞬态计算常用的PISO求解方法，对于体积力起主要作用的流动问题，压力离散格式选择PRSTO！或者Body Force Weighted，本次仿真选择PRSTO！离散格式。

由于本次模拟的模型是stl格式，口罩和面部之间缝隙小，且表面情况复杂，因此本次模拟暂不考虑连续性曲线的收敛性，通过检测曲线和其他残差曲线判断计算是否收敛。

8、结果后处理

为了即查看完整的模型，同时查看到内部气体的分布情况，本次结果后处理均采用Scene进行查看，查看步骤如下：

以上就是笔者关于呼吸过程病毒扩散案例step by step全过程，欢迎大家自行练习，

注意：在仿真秀 ，回复“呼吸过程病毒扩散案例 ” 可获取到本案例的模型 件。

本直播为真人在线直播，门票29.9元，限制100人，直播24小时后在仿真秀可以回看，门票50元。

凡订阅直播或者回看该视频的用户，均可以提前获得以下服务：

直播地址：
https://m.qlchat.com/topic/details-live?topicId=2000008523076416

仿真秀平台专注于虚拟仿真实验并关注公共事件，希望通过仿真工具的虚拟试验方法助力抗“疫”方案的拟订。此案例为我们假设场景，希望能有参考意义。如有具体的公共场景，欢迎与我们交流合作。

相关链接：仿真视频：新冠肺炎病毒在教室可能这样传播

仿真告诉你：复工潮来临，戴口罩就真的万无一失了吗？