80平米塔樓公寓的氣流組織分析文獻綜述

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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器來制冷的塔樓公寓室內的氣流組織，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空調通風的設計和改進。 ［關鍵詞]：CFD，Airpak，

2、室內氣流組織，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，因而對通風空調技術也提出了更高的要求，空調效果成了人們關心的重點?？照{室內的氣流組織直接影響著空調系統(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，并通過對結果的分析來更好的指導實際設計，這對于改善室內空氣

3、品質，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,空調房間的氣流組織是指通過空調房間送、回風口的選擇和布置,使送入房間的空氣在室內合理地流動和分布,從而使空調房間的溫度、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，在房間內會形成一定面積的回流區(qū)和渦流區(qū)，人在空調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。評價室內空氣品質的方法主要有應用CFD 技術對室內空氣品質進行評估及利用“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的空氣分布情況。在目前的預測室內空氣分布的方法中，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設計方案的氣流組織和熱舒適性,通過調整對比分析,驗證了CFD 運用于改善室內熱環(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構化、結構化網(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、熱舒適性和室內空氣品質( IAQ) 進行全面綜合評價【9】。Airpak,對改善室內的熱環(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,諸如分層空調氣流計算,側送風氣流規(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空氣流動的狀態(tài)和室內房間的邊界條件，但是目前這方面資料不全，因此室內送風口入流邊界條件確定、壁面邊界條件確定以及室內熱源分布等都會成為將來研究的熱門領域。 [參考文獻]： 【1】袁東升,田慧玲,高建成.氣流組織對空調房間空氣環(huán)境影響的數(shù)值模擬[

11、J].建筑節(jié)能,2008,(9):9-13. 【2】電子工業(yè)部第十設計研究院.空調調節(jié)設計手冊（第二版）[M].北京:中國建筑環(huán)境出版社,2005. 【3】馬文娟室內氣流組織計算方法的概述與展望 安徽理工大學理學院數(shù)學系 【4】田慧玲.氣流組織對室內空氣品質影響的數(shù)值研究[D].河南理工大學,2009 【5】王福軍.計算流體動力學分析—CFD軟件原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2004. 【6】趙彬，林波榮，李先庭.室內空氣分布預測方法及比較.暖通空調，2006 【7】張國強，鄒媛. 室內氣流模擬方法比較及一種新的模擬方法研究//2007 年全國暖通空調年會論文集. 【8】CFD在住宅室內設計中的應用 蘇華東、龔七一 山西建筑 第36卷第12期 2010年4月 【9】C. A. G. Fletcher, I. F. Mayer, A. Eghlimi, K. H. A. Wee.CFD as a Building Services Engineering Tool. ArchitecturalScience, 2001, 2( 3) : 67- 81.