房門關(guān)閉時(shí)，如何開窗更涼快？（科研版)
????相信大家都遇到這種場景，清風(fēng)從窗外溜進(jìn)又從門中溜出，好一個(gè)微風(fēng)徐徐，而你正在美滋滋的做科研，或者痛苦的打游戲。突然，門外嘈雜的聲音響起，不知何人練習(xí)起了尤克里里，想要快樂永存或痛苦常在，不得不關(guān)上門以保耳邊清凈。
????隨后微風(fēng)停歇，氣溫升高，想要開啟空調(diào)，卻又覺得太冷或者電費(fèi)太貴。門外的事情我們無法控制，但屋內(nèi)的情況，我們還是可以改變的。所以怎樣才能涼快一些呢？
????本次我們討論的話題是：
房門關(guān)閉時(shí)，
如何開窗更涼快？
1、研究方法及研究對象
????空氣的流動由質(zhì)量、動量、能量三大守恒方程描述，其中動量守恒方程為千禧年七大數(shù)學(xué)難題——納維斯托克斯方程，看著就很難頭禿，但是不怕，我們有CFD三大寶劍。
????首先我們使用ICEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將空間離散用于之后的模擬計(jì)算，然后使用Fluent使用有限體積法對方程進(jìn)行離散求解，最后運(yùn)用Tecplot進(jìn)行相關(guān)可視化工作，通過這種方式，雖然我們沒有解決方程，但我們卻可以解決實(shí)際問題。
????經(jīng)過信息搜集與實(shí)地測量，我們了解到臥室的面積一般為15平方米左右，常見的構(gòu)型為長寬為4乘3.5米，墻壁的厚度在9到24厘米之間，這里我們?nèi)?0厘米。經(jīng)過實(shí)際測量，一般窗戶邊框的厚度約為3到5cm左右，為了更加涼快，一般將窗子合二為一，所以我們模擬時(shí)窗子的總厚度取10cm。最后的模擬對象示意圖如圖3所示。
????我們對窗戶距左側(cè)墻壁不同距離下的空氣流通情況進(jìn)行數(shù)值模擬（窗戶距左側(cè)墻壁距離也就是圖中的x），分析比較x為多少時(shí)人體感覺更涼快，進(jìn)而為我們真實(shí)場景中的開窗提供參考，從而做到優(yōu)雅的開窗。
????模擬的具體邊界條件為：壁面、窗戶為絕熱無滑移壁面；室外計(jì)算域左側(cè)為速度入口；右側(cè)為壓力出口；上側(cè)為對稱邊界條件。其余參數(shù)查看具體教學(xué)視頻獲得。
2、網(wǎng)格劃分
????我們劃分了窗戶左側(cè)縫隙的距離為0，0.1，0.2，0.3，……，一直到1.0 m的11套網(wǎng)格。X為0、0.3、0.5、1 m時(shí)的網(wǎng)格劃分結(jié)果展示如下：
????在計(jì)算之前，大家可以猜一下，x等于多少時(shí)會更涼快呢？是推到某一邊抑或是推到中間？
3、數(shù)值求解
????經(jīng)過信息檢索，我們了解到，二級風(fēng)輕風(fēng)的空氣流速約為2 m/s，此時(shí)樹葉會嘩嘩的響，4級風(fēng)和風(fēng)的空氣流速約為5 m/s，此時(shí)能夠吹起紙張，我們以這兩種情況下的風(fēng)速為研究對象，對11種開窗情況進(jìn)行了模擬計(jì)算，從速度分布云圖圖6中可以看到，不同的流速下，速度場的分布情況除數(shù)值為相應(yīng)增加外，趨勢分布基本一致，也就是說，窗外的風(fēng)速對我們的最佳開窗距離x沒有影響。
????我們用室內(nèi)空氣流動的平均流速代表不同開窗距離下的涼快程度，具體比較結(jié)果見圖7，可以看到，當(dāng)x為0.3 m時(shí)平均流速最大，此時(shí)人體感覺最涼快，而非將窗戶全部推往一邊或者放到中間。這個(gè)結(jié)果我還是比較驚訝的，我剛開始以為是推到最左邊呢。比較不同情況下的流場分布還可以看出，室外的空氣流入會使室內(nèi)的空氣形成一個(gè)順時(shí)針的渦流，靠近墻壁出渦流最大，中心處流速最小，這意味著，門不能打開，只有窗戶打開時(shí)，坐在墻壁附近更涼快哦。以后我們在教室挑選座位的時(shí)候，就可以選擇靠墻的座位。
????本研究還計(jì)算了，屋內(nèi)初始溫度： 300 K，窗戶左側(cè)距離：0.3 m，窗外溫度：290 K，風(fēng)速：2 m/s時(shí)的溫度分布瞬態(tài)結(jié)果，計(jì)算結(jié)果展示在圖8?（視頻4：20s處有動畫結(jié)果）?？梢钥吹剑?strong>由于渦流的作用，相同時(shí)刻靠近墻壁處溫度更低一些。
4、模型推廣
本研究所計(jì)算的工況肯定無法表征所有真實(shí)場景，真實(shí)場景還會有一些柜子、桌子等物品，這里我們計(jì)算了包含柜子時(shí)的計(jì)算結(jié)果，如圖9所示（視頻4：34s處有動畫結(jié)果）?。大家也可以根據(jù)自己房間的布置及窗戶大小等，分析比較自己的真實(shí)房間最合適的開窗情形。
5、研究結(jié)論
????1、在3.5×4的房間內(nèi)，窗戶靠近左側(cè)墻壁0.3 m時(shí)，室內(nèi)空氣流速最大，人體會感覺最涼快；
????2、空氣的流入會引起渦流，靠近墻壁處速度較大；
????3、由于渦流的作用，靠近墻壁處溫度降低更快。
????Ok，今天的科研之旅就結(jié)束啦，希望大家有所收獲，如果對具體的過程感興趣或者想算一下自己的房間怎么開窗更合適，可以觀看本文的配套教學(xué)視頻進(jìn)行方法學(xué)習(xí)，然后進(jìn)行一下簡單的更改就可以計(jì)算得到適合于你房間的結(jié)論了。
????最后呢，想跟大家分享一下我做這個(gè)賬號的初衷，我們是想運(yùn)用科研的手段解決生活中的問題。同時(shí)教給大家做科研的方法，降低科研的門檻，我們的宗旨是，科研沒有那么難！如果大家覺得視頻做的不錯(cuò)，希望大家多多三連，你們的支持是我們做出好作品的第一驅(qū)動力。
