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1、80平米塔樓公寓的氣流組織分析文獻綜述
----080403214 冷亞娟
[摘要]:
為了描述和分析在夏季空調(diào)器來制冷的塔樓公寓室內(nèi)的氣流組織,根據(jù)實際情況建立其物理和數(shù)學模型,應用CFD 方法對辦公室空調(diào)房間上送下回的送風方式下的氣流組織進行三維數(shù)值模擬。通過Fluent 軟件來進行數(shù)值解算,給出室內(nèi)速度場和溫度場的分布狀況。通過對不同空間位置的速度矢量圖和溫度等值線圖的分析,得到了該室內(nèi)氣流組織的合理性和人員所處不同區(qū)域的熱舒適性,并以此來指導辦公室內(nèi)空調(diào)通風的設計和改進。
[關鍵詞]:CFD,Airpak,
2、室內(nèi)氣流組織,計算流體力學
[正文]:
隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展,人們的生活水平不斷提高,對居住和工作的建筑環(huán)境有了更高的要求,因而對通風空調(diào)技術也提出了更高的要求,空調(diào)效果成了人們關心的重點??照{(diào)室內(nèi)的氣流組織直接影響著空調(diào)系統(tǒng)的使用效果,是關系著房間工作區(qū)的溫濕度基數(shù)、精度及區(qū)域溫差、工作區(qū)的氣流速度及清潔程度和人們舒適感覺的重要因素,是空氣調(diào)節(jié)的一個重要的環(huán)節(jié)【1】。只有合理的氣流組織才能充分發(fā)揮送風的冷卻或加熱作用,均勻地消除室內(nèi)熱量,并能更有效的地排除有害物和懸浮在空氣的灰塵【2】。對塔樓公寓的氣流組織進行數(shù)值模擬計算,并通過對結(jié)果的分析來更好的指導實際設計,這對于改善室內(nèi)空氣
3、品質(zhì),創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境有著重要的意義。
1.氣流組織定義及特點:
一般來講,空調(diào)房間的氣流組織是指通過空調(diào)房間送、回風口的選擇和布置,使送入房間的空氣在室內(nèi)合理地流動和分布,從而使空調(diào)房間的溫度、濕度、速度和潔凈度等參數(shù)能很好地滿足生產(chǎn)工藝和人體熱舒適的要求。冷氣流在運動過程中受到障礙物和熱氣流的影響,速度衰減較快,射流的方向也會發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn),在房間內(nèi)會形成一定面積的回流區(qū)和渦流區(qū),人在空調(diào)房間的舒適性受到影響。人員在不同的位置的速度場、溫度場分布不一樣,熱舒適感明顯不一樣。在風口附近的人員有吹冷風感,在遠角處的人員有明顯的過熱感。所以,空氣氣流組織涉及到PMV—PPD,PMV—PPD
4、 指標綜合了空氣溫度、濕度、風速、輻射溫度四個環(huán)境參數(shù)以及人體活動強( 新陳代謝) 、著裝情況兩個人體參數(shù)對人體熱舒適性影響.空氣齡物理意義形象且易于被人們接受,一般說來空氣齡數(shù)值越小,表示空氣越新鮮.
2.主要研究方法:
目前主要有四種預測室內(nèi)空氣分布的方法:射流理論分析、模型試驗、區(qū)域模擬以及基于計算流體力學(Computaional Fluid Dynamics:CFD)方法的數(shù)值模擬【3】。分別適用于不同的建筑、不同的通風形勢并且根據(jù)不同的要求而視情況而采用。評價室內(nèi)空氣品質(zhì)的方法主要有應用CFD 技術對室內(nèi)空氣品質(zhì)進行評估及利用“通風效率”和“換氣效率”進行評價等【4】。
2.
5、1 通風效率及換氣效率:
所謂通風效率是指當送人房間一定量新風, 置換出室內(nèi)被污染空氣時, 送入新風達到通風目的有效程度。通風效率依房間送排風口的位置關系的變化而變化。在設計時有必要預先知道, 對一定量新風如能進行最有效的通風時, 進鳳口和排風口的相對位置應如何布置。通鳳效率是用來判斷氣流組織通風效果是否良好的指標。
至于換氣效率則是以名義時間常數(shù)? ?和室內(nèi)空氣年齡來確定的。即平均換氣效率為
a=Tn/2T
2.2 CFD方法及特點:
CFD(Computational Fluid Dynamics,計算流體動力學)是建立在經(jīng)典流體力學與數(shù)值計算方法基礎上的一門新型獨立學科,通過計
6、算機數(shù)值計算和圖像顯示的方法,在時間和空間上定量描述流場的數(shù)值解,從而達到對物理問題研究的目的。它兼有理論性和實踐性的雙重特點,為現(xiàn)代科學中許多復雜流動與傳熱問題提供了有效的解決方法【5】。1985 年丹麥學者尼爾森首次利用計算流體力學方法對室內(nèi)空氣流動進行了數(shù)值模擬,隨著計算機技術和湍流模擬技術的發(fā)展,CFD 方法有了很大的發(fā)展。CFD 法具有成本低、速度快、資料完備且可模擬各種不同的工況等獨特優(yōu)點,故其逐漸受到人們的青睞,CFD 方法也越來越多的應用于暖通空調(diào)領域【6】。該方法的具體做法就是在計算機上虛擬的做實驗:依據(jù)室內(nèi)空氣流動的數(shù)學物理模型,將房間劃分為許多小的控制體,把控制空氣流動的
7、連續(xù)的微分方程組離散為非連續(xù)的代數(shù)方程組。結(jié)合實際的邊界條件在計算機上數(shù)值求解離散所得的代數(shù)方程組。只要劃分的控制體足夠小,就可以認為離散區(qū)域上的離散值代表整個房間內(nèi)的空氣分布情況。在目前的預測室內(nèi)空氣分布的方法中,CFD 方法具有不可比擬的優(yōu)勢,并且由于當前計算機技術的發(fā)展,CFD 方法的計算周期和成本也完全可以為工程應用所接受【7】。目前應用較多的CFD 商用軟件有FLUENT,STAR- CD, PHOENICS 等, 它們的功能比較全面,適用性強, 可以求解工程界中的各種復雜問題。其中FLUENT 軟件下的Airpak 軟件是專門面向HVAC 領域的軟件。
2.3 Airpak 軟件
8、:
Airpak 是用于模擬室內(nèi)氣流組織的CFD 專用軟件,用于工程領域和科學研究。用該軟件模擬了某室內(nèi)設計方案的氣流組織和熱舒適性,通過調(diào)整對比分析,驗證了CFD 運用于改善室內(nèi)熱環(huán)境和提高節(jié)能效率的可行性【8】.
Airpak 使用的離散化方法是目前在CFD 領域廣泛使用的有限體積法, 又稱為控制體積法。其基本思路是將計算區(qū)域劃分為網(wǎng)格, 并使每個網(wǎng)格點周圍有一個互不重復的控制體積; 將待解微分方程( 控制方程) 對每一個控制體積積分, 從而得出一組離散方程。軟件可以生成自動化的結(jié)構(gòu)化、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。
Airpak 具有強大的可視化后處理能力, 能夠能生成速度矢量、云圖和粒子流線動畫,
9、描繪氣流的實時運動情況。模擬結(jié)束后,還可提供強大的數(shù)值報告,從而對房間的氣流組織、熱舒適性和室內(nèi)空氣品質(zhì)( IAQ) 進行全面綜合評價【9】。Airpak,對改善室內(nèi)的熱環(huán)境具有很好的參考價值, 使用靈活方便, 可靠性高, 其在暖通領域的運用中將會有很廣闊的前景。
3.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及前景
國外不僅注意墓本理論而且重視應用理論和應用技術, 不少研究內(nèi)容是有生產(chǎn)和實用背景的。近年來我國在科研問題上的指示精神與國外的趨向是一致的。在氣流組織的理論研究,設計計算方法上,多年來我國不斷有人進行著這方面的研究工作,積累了不少實驗研究和現(xiàn)場實測資料,諸如分層空調(diào)氣流計算,側(cè)送風氣流規(guī)律與計算,下部送風
10、,旋流風口等末端裝置的研制與實踐工作,取得不同程度的成績,在這方面的工作質(zhì)量未必遜色于國外。不過在研究方法、乎段上應予更新,在研究范圍上似應拓寬。有些問題從表面上看按國家現(xiàn)況似不迫切,但從長遠看畢竟不能是空白。在氣流測量技術、新型儀器研制上應投人力量,急起直追。
目前對室內(nèi)氣流分布的研究越來越多的集中在CFD 方面, 由于數(shù)值模擬法需要知道室內(nèi)空氣流動的狀態(tài)和室內(nèi)房間的邊界條件,但是目前這方面資料不全,因此室內(nèi)送風口入流邊界條件確定、壁面邊界條件確定以及室內(nèi)熱源分布等都會成為將來研究的熱門領域。
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【8】CFD在住宅室內(nèi)設計中的應用 蘇華東、龔七一 山西建筑 第36卷第12期 2010年4月
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