空调房间气流组织数值模拟和优化课程

毕业设计说明书

作者：学号：

学院：

系(专业)：热能与动力工程

题目：空调房间气流组织数值模拟和优化指导者：讲师

(姓名) (专业技术职务)

评阅者：

(姓名) (专业技术职务)

2012 年 6 月2 日

毕业设计（论文）中文摘要

毕业设计（论文）外文摘要

Title Numerical simulation of air-conditioned room air distribution and optimization

Abstract

Airflow-organizing in air-conditioned indoor air environment, air quality has an important effect is directly related to the indoor temperature, area, flow rate and air-conditioning energy consumption is an important part of the air-conditioned. Effective ventilation and airflow organization has an important significance for improving indoor air quality, to ensure the realization of healthy buildings, healthy comfort air conditioning.

The main factors to affect the flow in room inlet velocity, the location of the air inlet into the return air relative position Firstly, the establishment of a physical model and mesh using Gambit software, and numerical simulations using Fluent software, said in an intuitive way the temperature field and velocity field of airflow under different air distribution program, analyzing the draw for office and other similar air-conditioned room, Side of the send side back, on sending the next time, on to send back, next to send back to the four air distribution are more appropriate. But the better Side of the send side back and on to send back on the air current forms of organization.

Keywords：Airflow-organizing;Numerical simulation; Turbulence

model;Temperature field;Velocity field.

目次

1引言 (1)

1.1研究的背景及意义 (1)

1.2 国内外的研究成果 (1)

1.3 本文的主要内容和工作 (2)

2空调房间的气流组织形式 (3)

2.1气流组织的介绍 (3)

2.2常用的气流组织形式 (3)

2.2.1侧送侧回 (4)

2.2.2上送下回 (4)

2.2.3上送上回 (4)

2.2.4 下送上回 (5)

3 气流组织和室内舒适性的评价指标 (5)

3.1技术指标 (5)

3.2经济性指标 (7)

3.3适性空调室内空气计算参数 (8)

4 空调房间的数值模拟过程 (8)

4.1物理模型的建立 (8)

4.2网格的划分 (11)

4.3数学模型 (11)

4.4在Fluent里的参数 (13)

4.5解算结果及后处理 (14)

5数值模拟结果分析 (15)

5.1侧送侧回的结果及分析 (15)

5.2 异侧下送上回的结果及分析 (17)

5.3上送上回的结果及分析 (19)

5.4上送下回的结果及分析 (20)

结论 (22)

参考文献 (23)

致谢 (25)

1 引言

1．1 研究的背景及意义

随着经济的发展和科技的进步，人们的物质生活水平不断提高，空调的使用越来越普及，人们对居住和工作环境的要求也越来越高，因此对通风空调技术也提出了更高的要求。在空调房间内，气流组织是通风和空调系统的重要组成部分，气流组织直接影响室内空调效果，是关系着房间工作区的温度、湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度及清洁程度和人们舒适感的重要因素，是一切空调工程设计中必须考虑和重视的问题。有效地通风和合理的气流组织对于改善室内空气品质，实现工作环境健康舒适性有着重要的意义。因此人们希望在建筑规划设计阶段就能详细了解由空调通风所形成的室内空气速度场、温度场、湿度场以及有害物浓度场等的分布情况，从而制定出最佳的气流组织方案[1]。

空调房间内的空气分布与送/回风口的尺寸、形式、数量及位置，送风参数（送风温度，风速），房间的大小及污染源的位置和性质等有关。这些参数直接影响空调室内调节效果，影响室内的温度，风速和室内人员的舒适度，是空气调节的一个重要环节，也是空调设计过程中要重点考虑的一个环节。由于影响空气分布的因素较多，加上实际工程中的具体条件的多样性，因此难于用简单的理论或经验表达式来综合上述诸多因素的影响。目前，在空间气流分布计算方面，较多采用依赖于实验的经验式，由于实验条件的不同，在各种实验结果间存在一定的差异，但在总体规律性方面却基本雷同[2]。

1.2 国内外的研究成果

鉴于空调房间的气流组织形式对能源的损耗、室内空气的品质和人体健康舒适性有着至关重要的作用。国外从20世纪20年代就对此领域展开了研究，如对等温、非等温射流运动规律的研究，送风方式与舒适度关系的研究，各类建筑物不同送/回风方式的研究，室内空气品质的研究等。

在国内，天津大学的马九贤教授于80年代组织建造了国内第一个专门用来对空

调房间内气流情况进行研究的实验室，并取得了一定的研究成果，为进一步进行房间气流的研究奠定了基础[3]。文献[4][5]得出下送风气流组织的送风口形式、送风进口

作为示踪与人体距离、送风速度和送风温度对人体热舒适的影响。文献[6]利用C0

2

气体，研究了空气龄与质点换气效率、房间换气次数之间的关系。

Nielsen等人对空调房间模型内二维流动进行了模拟实验[7]。Zhang G、Morsing和Bjerg等人在Nielsen研究的基础上改变模型房间长宽高等比例进行了模型实验[8]。J.D. Posner等人采用RNG k-ε模型模拟预测模型室的测量[9]。

随着计算机技术的发展，CFD技术开始用于空调房间的气流分析。1974年，丹麦的Nielsen首次将CFD技术应用于空调工程，数值模拟空调房间室内空气流动情况，利用流函数和涡旋公式求解封闭二维流动方程。Chen Qingyan则在1988年利用CFD技术对建筑物能耗、室内空气流动情况以及室内空气品质等问题进行了分析和研究。在2000年Topp、Nielsen和Davidson在全方位通风的房间内，利用CFD方法模拟了在等温壁条件下的空气流动情况[10]。

国内也有众多的研究者利用CFD技术对空调房间气流组织进行优化和研究。1988年，张建忠分析了数值模拟方法在通风空调领域的应用情况，还对常见的工业敞口槽通风问题作了数值计算分析，把问题简化为二维稳定不可压缩的粘性流动[11]。文献[12]利用实验和数值模拟方法研究了空洞建筑上送风情况下空调室内的流场分步情况，指出送风温度和风速是对温度分层高度有重要影响。上述文献虽对空调房间气流组织进行了大量的研究，但只是对工程上某种具体的气流形式的研究没有对不同气流组织形式进行系统、详细地比较。关于空调室内气流组织下的温度详细分布的文献未见报道。

1.3 本文的主要内容和工作

本文以计算流体力学和数值传热学为理论基础，对空调房间的气流组织形式和室内空气三维湍流流动的数值模拟方法进行分析，使用Gambit建立夏季空调房间常见的四种气流组织模型，采用FLUENT软件以直观的方式显示了四种气流组织方案的气流流型，分析讨论其气流分布规律、特点，并将数值计算结果进行处理，并将各种不同送气流组织形式下的温度场和速度场进行对比，总结各种气流组织形式的优缺点。

本文内容安排

1、简述气流组织研究的背景及意义，并简单介绍国内外气流组织研究现状。

2、介绍空调房间气流组织及常用的气流组织形式。

3、介绍空调室内舒适性的评价指标和气流组织的评价指标。

4、使用Gambit建立气流组织模拟的物理模型，并对其进行适当简化，对物理模型进行网格划分，确定Fluent软件中的参数设置，应用Fluent软件，对常见的四种气流组织形式进行模拟计算。

5、对模拟结果进行分析，得出结论。

2 空调房间的气流组织形式

2.1 气流组织的介绍

狭义的气流组织指的是上（下、侧、中）送上（下、侧、中）回或置换送风、个性化送风等具体的送回风形式，即气流组织形式；广义的室内气流组织，是指一定的送风口形式和送风参数所带来的室内气流分布。

经过一定处理过后的空气，经过空调系统进入空调房间，与室内空气进行热湿交换后由回风口排出。显然，空调房间的速度场、温度场的均匀性和稳定性与室内空气的流动情况密切相关。气流组织设计的目的就是合理的组织室内空气的流动和分布，使室内工作区空气的温度、湿度、风速和洁净度能更好地满足室内人员的舒适感要求。只有合理的气流组织才能充分发挥送风的冷却和加热作用，均匀地消除室内的冷(热)、湿负荷，并有效的排除有害物和悬浮在空气中的灰尘,满足室内人员对新鲜空气的需求。

好的通风系统不仅要能够给室内体统一个健康、舒适的环境，而且要有很高的经济性。因此，根据室内环境等的特点和需要，采取最恰当的通风系统和气流组织形式，实现优质高效运行，就显得尤为重要。

2.2 常用的气流组织形式

在实际工程中，常用的气流组织形式有：侧送侧回、上送下回、上送上回、下送上回等。

2.2.1 侧送侧回

图2-1 侧送侧回气流分布

侧送侧回的送风口布置在房间的侧墙上部，气流横向送出，气流吹到对面墙上后下落到工作区，以较低速度流过工作区，再通过布置在同侧墙下方的回风口排出。侧送侧回形式中，工作区处于回流区，由于气流在到达工作区之前，已经和房间内空气进行了比较充分的混合，使房间内速度场和温度场都趋于均匀和稳定，因此能保证工作区具有稳定和均匀的气流速度和温度。

2.2.2 上送下回

图2-2 上送下回气流分布

这种气流组织形式是将送风口布置在房间上部，回风口布置在下部。该气流组织的优点是送风气流不直接进入工作区，有较长的与室内空气混掺的距离，能够形成比较均匀的速度场和温度场。

2.2.3 上送上回

图2-3 上送上回气流分布

这种气流组织形式是将送风口和回风口布置都在房间上部，气流能充分的流过工作区，对于那些因各种原因不能在房间下部布置回风口的场合是相当合适的。

2.2.4 下送上回

图2-4下送上回气流分布

这种形式的送风口布置在下部，回风口布置在上部，排风温度高于工作区的温度，故具有一定的节能效果，同时有利于改善工作区的空气质量。对于室内余热量大，特别是热源又靠近顶棚的场合，如计算机房，广播电台的演播大厅等，采用这种气流组织形式是非常合适的，对于同侧下送上回的气流组织形式，气流能吹过房间的每个角落，空调效果非常好。但是，下送方式要求降低送风温差，控制工作区内的风速。

3 气流组织和室内舒适性的评价指标

对以人为主要服务对象的舒适性空调来说，其评价指标主要有技术指标和经济指标两个方面。对大多数空调房问来说，相对湿度在一定范围内(30％～70％)对人体的舒适性影响不明显，因此可以忽略空调房间内湿度的影响，其主要考虑空气温度和气流速度综合作用。下面简要介绍一下常用的评价指标,包括不均匀系数、换气效率、热舒适性指标和经济性指标及舒适性空调室内空气计算参数[10][13][14]。

3.1 技术指标

（一）不均匀系数

不均匀系数即空调房间室内的温度和风速等参数的不均匀性，该方法是在室内工作区内选取n个测点，分别测得各点的风速和温度，求其算术平均值和均方根偏差，再求不均匀系数Kυ和t K

p t

t n =

∑

式中：n ——测点数

υ——工作区测点的速度

p υ——n 个测点的速度算数平均值

p t ——n 个测点的温度算数平均值

υσ——n 个测点的速度均方根偏差

t σ——n 个测点的温度均方根偏差

有由上面的定义式可见，K υ，t K 越小，表示气流分布的均匀性越好。 （二）换气效率

换气效率是衡量换气效果优劣的一个指标，是气流自身的特性参数，与污染物无关。考察点换气效果的优劣取决于该点的局部平均空气年龄(空气年龄指空气质点从进入房间起至达到某点所需经历的时问)。因此，换气效率可定义为理论上最短的换气时间n τ与实际换气时间r τ之比。

式中：

n τ——室内空气理论上的最短换气时间

r τ——实际换气时间

根据换气效率的定义式可知，对于理想的活塞流，τ=n τ/2，ζ为100%；全面孔板送风，ζ≈100%；对于混合流，τ=n τ，ζ为50%。当换气效率在50%以上时，认为该气流组织有较好的换气效率。换气效率低于50%的送风系统在一定程度上意味着短路送风。由于τ≧n τ/2，所以换气效率的值都在0~100%之间。即除单向流送风外，任何送风方式的换气效率ζ都小于1 （三）热舒适性指标

常见的热舒适指标有；有效温度ET 、吹风感、和PMV —PPD 指标。

(1)有效温度ET(Effective Temperature)的定义是“将干球温度、湿度、空气流速对人体冷热感的影响的综合数值，该数值等效于产生相同感觉的静止饱和空气的温度”。但有效温度存在的缺陷是过高的估计了湿度在低温下对凉爽和舒适状态的影响。应用最广并成为ASHRAE 标准55—74中舒适指标的是新有效温度ET 。ET 指标被定义为一个相对湿度为50％的等湿环境中的当量干球温度。该指标只适用于着装轻薄，活动量小，风速低的环境下。

(2)吹风感有效吹风感或称有效吹风温度θ的定义：()8(0.15)j a T T v θ=--- 建议的舒适标准是： 1.7 1.1θ-<< v<0.35

式中：a T ——室内空气温度，℃

j T ——吹风的温度，℃ V ——吹风的速度，m/s （3）PMV —PPD 指标

PMV —PPD 指标，是目前世界上广泛采用的室内环境舒适性评价指标，ISO 7730对PMV —PPD 指标的推荐值为：PPD<10%,即PMV 值在-0.5～+0.5之间，相当于在人群中允许有10%的人感觉不满意。

3.2 经济性指标

能量利用系数β是评价气流组织的经济性指标，放映了投入能量的利用程度，其定义

式中：

0t ——送风温度 n t ——工作区设计温度 p t ——排风温度

当p t =n t 时，β=1.0.气流在室内进行热交换，吸收余热量后达到室内温度，并排出室外。

当p t >n t 时 ，β>1.0，气流吸收部分余热达到室内温度、且能控制工作区的温度，且排风温度高于室内温度，经济性良好。

当p t

3.3 舒适性空调室内空气计算参数

根据我国《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2003）的规定，舒适性空调室内空气计算参数如下表[14]

表3-1 空调房间舒适性的计算参数

4 空调房间的数值模拟过程

4.1 物理模型的建立

以天津市某一办公室空调房间为研究对象，办公室长X宽X高=6mx4mx3m，送风口尺寸为0.3mx0.3m，回风口尺寸为0.5mx0.5m，窗户朝南，窗户尺寸为2mx1.2m,距离地面1m，距离两边墙面各2m。办公室按4人办公布置，四套桌椅、计算机、打印机等办公设备，四盏荧光灯。不改变房间送、回风口的尺寸、形式、数量和送风口的送风参数，也不改变房间内的任何设置，仅通过改变送、回风口的位置来改变气流组织形式。室内办公桌长1m，宽0.75 m，高0.65 m；电脑长宽高均为0.4 m，每台电脑散热量为360W；荧光灯长1.2 m，宽0.1m，高忽略不计，每盏荧光灯散热量为35W；每人散热量为75 W。打印机不常用，散热量忽略。人座在电脑前，室内无走动。为了简化模型，在模型中，我把每两人的办公桌椅电脑和打印机合在了一起，长2m,宽1m，高0.65m。

在使用Gambit绘制模型过程中，我直接建立房间的体，在房间体的基础上在建立面，分别表示送风口，回风口，灯和窗户，在房间体里面建立两个小的体表示桌椅，电脑和人等，再把小的体切除。

四个气流组织的物理模型图如下

图4-1 侧送侧回

图4-2 异测下送上回

荧光灯

南墙

窗户

人、电脑和桌子

回风口

送风口

图4-3 上送上回

图4-4 上送下回

图4-1侧送侧回模型中送风口距离房顶0.25m，回风口距离地面也是0.25m。送回风口都被Y=2000mm的面平分，窗户设置在南墙上，距离地面1m，距离两边墙面各2m。桌子距离Y轴1.5m。距离X轴1m。两桌子间距1m。荧光灯均匀布置在桌子正上方。在以上的四个气流组织模型中，只有送回风口的位置改变，其他物体位置一定。而且送/回风口距离房顶或地面的距离都是0.25m。

4.2 网格的划分

我所建立的模型是规则的长方体模型，因此取整个空调房间为计算区域，在笛卡尔直角坐标系下使用0.08m ×0.08m ×0.08m 的网格，网格数总计137300个，模型如下图，数值模拟采用Fluent 软件进行数值计算。

图4-5 网格划分的模型图

4.3 数学模型

通风空调系统的气流流动为不可压流体的定常流动, 满足质量守恒定律, 动量守恒定律、能量守恒定律，各微分方程如下[20]

1）连续性方程

对不可压缩均质流体，密度为常数，有

0i i u x ??

=

式中：ui 为i 方向的速度 2）动量方程

()()ij i i j i i j i j

p u u u g F t x x x τρρρ????+=-+++????

式中：ρ 为流体密度；P 为静压；ij τ为应力张量；i g ρ为i 方向的体积力；Fi 为由热源等引起的源项

2[]3i j i

ij ij

j i i u u u x x x τμμδ???=+-???

式中：μ 为动力粘度, 式（3）右边第二项是体积扩散的影响。 3）能量守恒方程

式中：，eff fr k k k =+为有效导热系数；f J 是组分j 的扩散流量，方程右边的前三项分别为导热项、组分扩散项和粘性耗散项；h S 是化学反应热和其他体积热源；

4）标准k-ε 模型

式中：k G 表示由于平均速度梯度引起的湍动能产生；b G 表示由于浮力影响引起的湍动能产生；M Y

表示可压缩湍流脉动膨胀对总的扩散率的影响；湍流粘性系数

标准k-ε模型是个半经验公式，主要是基于湍流动能和扩散率。K 方程是个精确方程，ε方程是个由经验公式导出的方程。k-ε模型假定流场完全是湍流，分子之间的粘性可以忽略。标准k-ε模型因而只对完全是湍流的流场有效

采用k-ε三维紊流模型方程，为简化问题作出如下假设，

1.室内空气低速流动，为不可压缩流体且符合Boussinesq 假设，即流体密度变化仅对浮升力产生影响。

2.气体流动为稳态流动。

3.忽略固体壁面间的热辐射。

4.不考虑门的影响，不考虑通过窗户的太阳辐射。

5.假设流场具有高紊流Re 数，流体的紊流粘性具有各向同性。

6.不考虑漏风的影响，即房间气密性良好。

4.4 在Fluent里的参数设置

在Gambit中设置好边界条件生成mesh文件，再在Fluent中打开mesh文件，按照帮助软件中的例题步骤进行操作，并按照下列表格中的数值进行设置[15]。

1.解算器的设置

2.材料属性的设置

3.运行条件的设置

4.计算精度的设置

5.边界条件的设置

4.5 解算结果及后处理

本论文在Fluent软件中设定好参数和边界条件后，就进行控制方程的迭代计算。经过迭代多步之后，计算过程的残差图如下

图4-6 计算残差图

5 数值模拟结果分析

本论文由于技术原因，对于四种气流组织的模拟结果和室内舒适性的评价，只按照舒适性空调室内空气计算参数的规定和经济性指标进行分析。人体工作区在Z=0mm 到Z=1000mm之间。

5.1 侧送侧回的结果及分析

图5-1 Y=2000mm时的速度矢量图

图5-2 Y=2000mm时的速度分布图（m/s）

图5-3 Y=2000mm时的温度分布图（K）

图5-2示出了X-Z截面上Y=2000mm时的速度示意图。从图上可以看出，空调房间的气流在入射风口贴附射流的形状，射流区流程不断扩大，射流的速度的衰减程度就减慢，气流射流到对面墙体上后向下流动，经过工作区，由于射流的卷吸作用，在工作区形成了漩涡区，在工作区域内的风速0.059m/s～0.38m/s,略大于0.3m/s，基本符合规范。

空调房间室内气流组织模拟(fluent)

模型[1] m s，送风温如图，房间左下角有一个空调，送风和回风方向如图所示。送风速度为1/ 度为25℃，壁面温度为30℃。 1．建立模型及网格划分 ①建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上，这里直接读入网格文件hvac-room.msh。 ②读入网格后应检查网格及网格尺寸，通过Mesh下的Check和Scale进行实现，这里不做详细描述。 2．求解模型的设定 ①启动FLUENT。启动设置如图，这里着重说说Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。 [1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:312-317

a.几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。 b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动。 c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。 ②求解器设置。这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。如图： 下面说一说Pressure-based和Density-based的区别：

a.Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力 修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动 也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled Solver，其实也Pressure-Based Solver的两种处理方法； b.Density-Based Solver是Fluent 6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解 的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent 具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太 完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning方法来 处理，使之也能够计算低速问题。Density-Based Solver下肯定是没有SIMPLEC， PISO这些选项的，因为这些都是压力修正算法，不会在这种类型的求解器中出现 的；一般还是使用Pressure-Based Solver解决问题。 基于压力的求解器适用于求解不可压缩和中等程度的可压缩流体的流动问题。而基于密度的求解器最初用于高速可压缩流动问题的求解。虽然目前两种求解器都适用于各类流动问题的求解（从不可压缩流动到高度可压缩流动），但对于高速可压缩流动而言，使用基于密度的求解器通常能获得比基于压力的求解器更为精确的结果。 -湍流模型，Define/Models/Viscous。 ③流动模型设置。这里使用的是kε -模型，这种模型应用较多，计算量适中， a.这里我们使用的湍流模型是Standard kε 有较多数据积累和比较高的精度，对于曲率较大和压力梯度较强等复杂流动模拟效 果欠佳。一般工程计算都使用该模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程计算 要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷。 b.壁面函数的选择，我们这里选择的是，标准壁面函数法。其应用较多，计算量小， 有较高的精度。适合高雷诺数流动，对低雷诺数流动问题，有压力梯度、高度蒸腾 和大的体积力、低雷诺数和高速三维流动问题不适合。

喷口气流组织计算

喷口送风计算书 1. 设计条件 总送风量Q=40m3/h,射流轨迹中心距风口中心的垂直落差5.2m,射流的射程20m ，室内要求夏季温度26℃，喷口采用带收缩口的圆喷口，气流以水平方向从喷送出。 2. 计算过程 ① 设喷口直径为0.25m 计算相对落差和相对射程： 8.2025.02 .5==s d y ，8025.020==s d x ②计算阿基米德数Ar ： 0010137 .0) 35.025.020 07.051.0(808.20) 35.051.0()(22=+???= +=s s s d ax d x d y Ar ③计算风口的送风速度s v s m t Ar t gd v n s s s /2.7)27326(0010137.08 2.081.9)273(= +???=+?= ④校核射流末端的轴心速度x v （m/s ）和平均速度p v （m/s ）: s m d ax v v s s x /60.0145 .025.020 07.048.02.7145.048 .0=+??=+?= s m v v x p /3.06.05.021=?== ⑤确定喷口个数n: 66.036002.725.0785.08403600 422 =???===S S S d S v d L L L n π个 选取S d =0.25圆形风口一个，喷口实际送风速度S v :

s m v S /89.43600125.0785.08642=???= 此外，射流末端的轴心速度S v 和气流平均速度p v s m v X /41.0145.025.020 07.048.089.4=+??= s m v v X p /21.041.02121=?== 此平均速度满足夏季舒适型空调空气调节区平均不大于0.3m/s 的要求。

空调房间气流组织数值模拟和优化课程

毕业设计说明书 作者：学号： 学院： 系(专业)：热能与动力工程 题目：空调房间气流组织数值模拟和优化指导者：讲师 (姓名) (专业技术职务) 评阅者： (姓名) (专业技术职务) 2012 年 6 月2 日 毕业设计（论文）中文摘要

毕业设计（论文）外文摘要 Title Numerical simulation of air-conditioned room air distribution and optimization Abstract Airflow-organizing in air-conditioned indoor air environment, air quality has an important effect is directly related to the indoor temperature, area, flow rate and air-conditioning energy consumption is an important part of the air-conditioned. Effective ventilation and airflow organization has an important significance for improving indoor air quality, to ensure the realization of healthy buildings, healthy comfort air conditioning. The main factors to affect the flow in room inlet velocity, the location of the air inlet into the return air relative position Firstly, the establishment of a physical model and mesh using Gambit software, and numerical simulations using Fluent software, said in an intuitive way the temperature field and velocity field of airflow under different air distribution program, analyzing the draw for office and other similar air-conditioned room, Side of the send side back, on sending the next time, on to send back, next to send back to the four air distribution are more appropriate. But the better Side of the send side back and on to send back on the air current forms of organization. Keywords：Airflow-organizing;Numerical simulation; Turbulence model;Temperature field;Velocity field.

一二层全空气系统的气流组织计算

全空气系统的气流组织计算 各房间风量计算 对于舒适性空调且层高≤5m，送风温差设为Δt o =100 C,则送风温度为t o =16 0 C, 室设计温度为t N =26±1 0 C,室相对湿度φN =55±5%。查参考文献1表2-18，换气次数应大于等于5次/h 。 3.2.1负荷和风量计算 由前面设计得舞厅总冷负荷Q= 79711.9W ，总湿负荷W= 5.7512457/g s ，热湿比线为 13859.936，室设计计算参数: 26.0o N t C =,505N ?=±％，室外设 计气象参数: 35.0o w t C =,555w ?=±％。 在i-d 图上根据N t 和N ?确定室空气状态点N ，通过该点画出热湿比线。 按消除余热和消除余湿所求通风量基本相同，说明计算无误，所取送风温差为10℃符合要求，查附录（文献1）1-1得：当t0=16时，空气密度3 1.195/kg m ρ=。 所以，L= 24596.815m3/h 。 查参考文献1中表4—1以及4—2可知：人短期停留的房间中CO 2允许浓度为2.0 l/ m 3 ，在轻劳动条件下人CO 2呼出量为30 l/h*人，取室外CO 2浓度为0.42 l/ m 3 ，则为达到卫生标准须新风量为： G w2= 205×0.89×30/(2-0.42)= 3451.51 m 3 /h 而由系统总风量得新风两为G 3=24596.815×0.2=4919.363 m 3 /h ；由于室外压差近似为零， 故G 1=0 m 3 /h 。 所以，最小新风量为4919.363 m 3 /h 。 同理可知大堂最小新风量为G=12020.06057*0.2=2404m3/h 。如下表，

室内气流组织数值模拟与舒适度分析

室内气流组织数值模拟与舒适度分析 摘要：分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的室内空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟，并对其结 果进行了实验验证。根据ADPI指标对这几种送回风方式进行了热舒适性评价。 结果表明，分层空调和置换通风是室内中较好的气流组织方式。 关键词：室内；气流组织；速度场；温度场；数值模拟；热舒适 引言 传统空调系统的气流组织是以送风射流为基础的，通过反复迭代检查温度和 速度。最后，找到合理的回风方案和参数。空调房间内的供气射流大多是多个非 等温湍流射流，一般设计方法是基于单股等温紊流射流的规律，射流约束修正系数、射流重合度和非等温射流的修正系数。介绍。这种方法忽略了很多其他因素，如排风口的尺寸和位置、热源的性质和位置等，因此必然有一定的误差，在某些 情况下甚至有很大的误差。若简单地将这种方法用于空间空调系统的气流组织设计，是不合适的。 空间空调系统的气流设计没有成熟的理论和实验结论。主要研究方法是将气 流的数值分析与模型相结合。由于气流的数值分析涉及到各种可能的内部扰动、 边界条件和初始条件，所以可以完全反映房间内的气流分布，从而确定气流的最 佳方案。 1室内空气流动的有限元数值模拟 机械通风房间内的空气流动多属于非稳态湍流流动，直接模拟尚不现实。在 解决实际问题时，需要对物理模型进行一定的假设和简化处理。笔者作了以下假设： 1）室内空气为低速不可压缩气体，且符合 Boussinesq 假设； 2）室内空气流动为准稳态湍流流动； 3）忽略能量方程中粘性效应引起的能量耗散。 2各种送风方式下大空间室内气流组织数值模拟 2.1研宄对象 本文的研宄对象为有内热源、尺寸为12 mX &4 mX5.0 m（长X宽X高）的长 方体建筑模型（如图1所示），风口设在外墙侧。人员和设备由于不断放出热量，对室内气流分布特性有重要影响，将其视作内热源处理。内热源模型为0.4 mX 1.2 mX 1.3 m（长X宽X高）的长方体。在内热源模型内部不求解控制方程，把它的内表面视作速度为0的壁面。考虑模型的对称性，取一个空调送风单元（3 mX 4.2 mX 5.0 m）进行模拟计算分析。本文主要讨论0.1 m和1.1m高度的情况，这 两个平面之间的区域可以代表工作区。 2.2边界条件的处理 室内温度设定为（26±2）°C，内墙的温度设定为26°C，外墙为26.5屋顶为26°C。人体和设备的发热功率之和为600 W。本文应用有限元的非统一网格，在 人体和设备周围、外墙附近及风口附近对网格进行加密，在壁面附近采用壁面函 数法。非线性方程组由FIDAP（流体力学有限元软件包）的求解器通过迭代求解。 2.3常用送回风方式下室内气流组织模拟及气流分布特性评价

气流组织计算

气流组织的校核 空气调节区的气流组织（又称为空气分布），是指合理地布置送风口和回风口，使得经 过净化、热湿处理后的空气，由送风口送入空调区后，在与空调区内空气混合、置换并进行热湿交换的过程中，均匀地消除空调区内的余热和余湿，从而使空调区（通常指离地面高度为2m 以下的空间）内形成比较均匀而稳定的温湿度、气流速度和洁净度，以满足生产工艺和人体舒适度的要求。同时，还要由回风口抽走空调区内空气，将大部分回风返回到空气处理机组（AHU ）、少部分排至室外。 影响空调区内空气分布的因素有：送风口的形式和位置、送风射流的参数（例如，送风 风量、出口风速、送风温度）、回风口的位置、房间的几何形状以及热源在室内的位置等，其中送风口的位置和形式、送风射流的参数是主要的影响因素。 5.1 双层百叶风口的气流组织校核： 标间、套房、咖啡厅以及洽谈室内风机盘管加新风系统选取上送侧回的双层百叶风口送 风。选取三层十二号老人活动室为 例，进行气流组织的校核计算。该房间其空调区域室温要求为26℃，房间长为A=5m ，宽为B=4.2m ，高为H=4.0m ，室内全热冷负荷Q=3229W 。 ①：根据空调区域的夏季冷负荷、热湿比和送风温差，绘制空气处理的h-d 图，计算夏 季空调的总送风量Ls （m 3/h ）和换气次数n （1/h ）： ) (2.16.3hS hN Q LS -= ----------------- (5-1) H B A L n s **= ---------------- (5-2) 式中： Q ——空调区的全热冷负荷，W ； h N 、h S ——室内空气和送风状态空气的比焓值，kJ/kg ； A ——沿射流方向的房间长度，m ； B ——房间宽度，m ； H ——房间高度，m 。 通过计算可得： Ls =1038 m 3/h n=13 1/h ②：根据总送风量和房间的建筑尺寸，确定百叶风口上网型号、个数，并进行布置。送 风口最好贴顶布置，以获得贴附射流。送冷风时，可采取水平送出；送热风时，可调节风口外层叶片的角度，向下送出。 ③：按照下式计算射流到达空调区域时的最大速度V x （m/s ），校核其是否满足要求： x Fs c b s k k mv Vx = ---------------- (5-3) 式中： Fs ——送风口的计算面积，㎡；

大空间建筑室内气流组织数值模拟与舒适性分析

大空间建筑室内气流组织数值模拟与舒适性分析 发表时间：2019-04-30T10:40:18.810Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：王雷谢恩 [导读] 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的国民经济得到了快速的发展，分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的大空间建筑空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟,并对其结果进行了实验验证。 中建三局第一建设工程有限责任公司湖北武汉 430040 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的国民经济得到了快速的发展，分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的大空间建筑空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟,并对其结果进行了实验验证。根据ADPI指标对这几种送回风方式进行了热舒适性评价。结果表明,分层空调和置换通风是大空间建筑中较好的气流组织方式。 关键词：大空间建筑；气流组织；速度场；温度场；数值模拟 引言 常规空调系统气流组织的设计是以送风射流为基础,通过反复迭代对温度和速度进行校核,最后找到合理的送回风方案和参数。空调房间的送风射流大多属于多股非等温受限湍流射流,而一般的设计方法是在单股等温湍流送风射流规律的基础上,引入射流受限、射流重合和非等温射流修正系数,这种方法忽略了很多其他因素,如排风口的尺寸和位置、热源的性质和位置等,因此必然有一定的误差,在某些情况下甚至有很大的误差。若简单地将这种方法用于高大空间空调系统的气流组织设计,是不合适的。对于高大空间空调系统的气流组织设计,目前尚无成熟的理论和实验结论,主要研究手段是将气流数值分析和模型相结合。由于气流数值分析涉及室内各种可能的内扰、边界条件和初始条件,因此能全面地反映室内的气流分布情况,从而便于确定最优的气流组织方案。 1大空间气流组织的研究意义 对于现代的工艺空调车间，不但要满足工艺方面的要求，而且还要营造良好的室内人工环境。在生产过程中必须保证生产工艺所要求的温度、风速、湿度，为生产提供条件，同时也要求提供合适的新风量，保证一定的洁净度和噪声标准，为工作人员提供良好的工作环境。在各类工艺空调建筑内，空气调节是实现这些人工环境的最佳手段。在大空间空调中，经过处理的空气由送风口进入，与室内空气进行热湿交换，经过回风口排出。空气的进入与排出，必然引起室内空气的流动，而不同的空气流动状况有不同的空调效果，合理组织室内空气的流动，使室内空气的温度、湿度、流动速度等能更好地满足工艺要求，符合人们的舒适感觉。由此可见，大空间气流组织直接影响室内的空调效果，是关系到工作区的温湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度及洁净度和人们舒适感觉的重要因素，是空气调节的重要环节，对其进行研究己口渐成为一项重要的课题。 2大空间建筑室内气流组织有限元法数值模拟 2.1物理模型假设 机械通风房间内的空气流动多属于非稳态湍流流动,直接模拟尚不现实。在解决实际问题时,需要对物理模型进行一定的假设和简化处理。笔者作了以下假设:1)室内空气为低速不可压缩气体,且符合Boussinesq假设;2)室内空气流动为准稳态湍流流动;3)忽略能量方程中由于黏性作用引起的能量耗散。4）控制方程求解与罚函数的采用应用K-ε两方程模型模拟湍流,加上连续性方程、动量方程、能量方程组成控制方程组。方程组中空气密度ρ=1.1941kg/m3,黏度μ=1.81×10-5Pas,6个经验系数的取值如下:Cμ=0.09,C1=1.44,C2=1.92,σT=0.9～ 1.0,σK=1.0,σε=1.3。对流场控制方程用有限元法求解。为防止病态方程组出现,本文采用罚函数法。罚函数模型是压力速度模型的变形形式,把连续方程作为罚函数约束导入动量方程从而消去压力项,得到只有速度项的动量方程,即令p=-λp(v)(1)式中λp是罚参数。在求解其他变量之前,将压力从全部未知量中消去,这将减少求解未知量的数目。压力在其他变量求出后重新求得。 2.2各种送风方式下大空间室内气流组织数值模拟 2.2.1下送风方式(置换通风)室内气流组织模拟 置换通风气流组织的影响因素很多,例如热源的大小和位置、送风温度以及障碍物的高度和位置等。由于长方体内热源模型的假设不能很好反映置换通风的流动特点,所以在此将内热源简化为一个处于房间底部正中间的面积为0.4m×0.4m的面热源,热源温度为40℃。为了模拟热源气流的上升,假设送风速度为0.3m/s,考虑冷气流的特点,假定地面温度为22℃,其余边界条件与前文相同。置换通风的送风温差一般为2～4℃,本文取4℃,则送风温度为22℃,送风速度为0.25m/s,送风口尺寸为1.0m×0.5m。尺寸为1.0m×0.5m的回风口布置在屋顶靠近置换装置的一侧,回风速度为0.35m/s。模拟显示z=0.1m断面上平均温度为22.66℃,平均速度为0.025m/s。 2.2.2边界条件的处理 室内温度设定为(26±2)℃,内墙的温度设定为26℃,外墙为26.5℃,屋顶为26℃。人体和设备的发热功率之和为600W。本文应用有限元的非统一网格,在人体和设备周围、外墙附近及风口附近对网格进行加密,在壁面附近采用壁面函数法。非线性方程组由FIDAP(流体力学有限元软件包)的求解器通过迭代求解。 2.3五种送回风方式室内气流分布特性评价 对舒适性空调来说,评价标准不外乎舒适性和经济性两个方面,前者是对气流在工作区形成的温度场、速度场能否满足人员的卫生和舒适要求的评价,后者则考虑为消除工作区的余热,送风的耗冷量是否最低。对气流组织性能有多种评价指标,如温度不均匀系数kt,速度不均匀系数kv,符合给定条件测点比例数F,以及能量利用系数η等。 3送回风参数对地面附近温度场和速度场的影响 前面我们对子午胎车间在冬夏两季最不利情况下进行了气流组织模拟预测，并对其设计效果进行了评价，结果表明原来的设计将使车间内冬季温度偏高，夏季温度偏低，不利于节能。这一章中我们将对夏季最不利工况进行研究，模拟预测子午胎车间在不同送风参数和回风口高度下的温度场和速度场，对比分析找出最佳送风参数和回风口高度，力图得出同类大空间车间的设计规律。 4结论 从流场情况看,上送风的几种形式中,百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调有相似的气流流动规律,但分层空调较为节能;喷口送风工作区平均温度、速度均较低,垂直温差、不均匀系数均较小,能量利用系数较大;散流器顶送下回方式气流在整个空间的分布较均匀,可较好地减少内热源对周围环境的热影响(z=1.1m平面上最高温度值比其他方式小),但其平均速度较大,在风口下部的人有吹风感;百叶

实验一室内气流组织模拟实验 一、实验目的 通过室内气流组织模拟

实验一 室内气流组织模拟实验 一、实验目的 通过室内气流组织模拟实验，掌握常用风口、常见室内送回风口布置对室内气流分布、工作区温度速度均匀性的影响；掌握室内工作区温度和速度的测量方法、气流演示实验方法。 二、实验原理 室内气流组织的优劣直接影响室内热环境的舒适性和空调设计的实现，同时也直接影响空调系统的能耗量。通常室内工作区由余热而形成的负荷只占全室总负荷的一部分。另一部分产生于工作区之上。良好而经济的气流组织形式，应在保证工作区满足空调参数要求的前提下，使空调送风有效地排出工作区的余热，而不使工作区以外的余热带入工作区，从而达到不增加送风量且提高排风温度的效果，直接排除这部分热量，以提高空调系统的经济性。为此引入评价室内气流组织经济性指标——能量利用系数η： o n o p t t t t --= η 式中，t n 、t o 、t p 分别为室内工作区空气平均温度、送风温度及排（回）风温度。 通过实测获得能量利用系数η，以评价室内气流组织的经济性。 三、实验方法 1．气流组织测量方法 (1).烟雾法 将棉球蘸上发烟剂（如四氯化钦、四氯化锡等）放在送风口处，烟雾随气流在室内流动。仔细观察烟雾的流动方向和范围，在记录图上描绘出射流边界线、回漩涡流区和回流区的轮廓，或者采用摄影法直接记录气流形态。由于从风口射出的烟雾不大而且扩散较快，不易看清楚流动情况，可将蘸上发烟剂的棉花球绑在测杆上，放到需要测定的部位，以观察气流流型。这种方法比较快，但准确性差，只在粗测时采用。 (2).逐点描绘法 将很细的合成纤维丝线或点燃的香绑在测杆上，放在测定断面各测点位置上，观察丝线或烟的流动方向，并在记录图上逐点描绘出气流流型，或者采用摄影法直接记录气流形态。这种测试方法比较接近于实际情况。 应注意上述用于记录气流形态的摄影法对拍摄焦距、烟雾与背景的对比度等要求较高。 2．能量利用系数测量方法 分别在室内工作区、送回风口处布置温度测点，温度测量仪器采用热电偶测量，工作区温度应采用多点布置取其平均值，计算求得能量利用系数。 3．风口、气流组织的选择 目前环境室内可供测量的风口有散流器、双层百叶两种风口，可供观察的气流组织形式有上送上回、上送下回，其中散流器送风口有二个。 四、实验步骤 1. 选择一种风口形式及其气流组织方式，调整送风温度及其送风量至设定值，待稳定后进行实验；

洁净室气流组织

洁净室气流组织

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洁净室气流组织 摘要:洁净室为了达到其所要求的洁净度级别需要三个条件:一是性能良好的高效过滤器，二是足够的送风量,三是合理的气流流型;而使用合理的气流流型能够有效地减少送风量。本文主要叙述洁净室涉及到的气流组织,以及矢流洁净室用于医院洁净病房空调的可行性，并阐述了空态下矢流洁净室内洁净度的测量结果、矢流洁净病房静态下气流场的测量结果和矢流洁净病房点污染源散发实验结果。 关键词：洁净室、气流组织、矢流洁净室 洁净室就其控制的对象来说,分工业洁净室和生物洁净室两大类。各类洁净室控制微粒污染的途径是相同的，这类途径主要体现在以下几方面[1]:1、有效地阻止室外的污染侵入室内或有效地防止室内污染物扩散至室外。这是洁净室控制污染的最主要途径,主要涉及空气净化处理的方法、室内的正压等。2、迅速有效地排除室内已经发生的污染,这主要涉及室内的气流组织,也是体现洁净室功能的关键。3、控制污染源,减少污染发生量，这主要涉及发生污染的设备的设置与管理和进入洁净室的人与物的净化。 洁净室气流组织的类型按其气流状态来区分,主要分为非单向流洁净室、单向流洁净室和矢流洁净室（也称辐流洁净室)[2]。 1、非单向流洁净室的工作原理(也称乱流洁净室原理） 非单向流洁净室的主要特点是从来流到出流从送风口到回风口之间气流的流通截面是变化的，洁净室截面比送风口截面大得多,因而不能在全室截面或者在全室工作区截面形成匀速气流。所以，送风口以后的流线彼此有很大或者越来越大的夹角,曲率半径很小,气流在室内不可能以单一方向流动,将会彼此撞击,将有回流、涡旋产生。这就决定非单向流洁净室的流态实质是突变流非均匀流。所以,概括地说，非单向流洁净室的作用原理是当一股干净气流从送风口送入室内时,迅速向四周扩散、混合,同时把差不多同样数量的气流从回风口排走,这股干净气流稀释着室内污染的空气,把原来含尘浓度很高的室内空气冲淡了,一直达到平衡。所以，气流扩散得越快,越均匀,稀释的效果就越好。非单向流洁净室的原理就是稀释作用。 2、单向流洁净室的工作原理(曾被称做层流洁净室） 在洁净室内，从送风口到回风口，气流流经途中的断面几乎没有什么变化,加上送风静压箱和高效过滤器的均压均流作用,全室断面上的流速比较均匀，在工作区内流线单向平行,没有

室内空气净化器气流组织的数值模拟研究

室内空气净化器气流组织的数值模拟研究 李喜玉刘伟龙 （珠海格力电器股份有限公司家电技术研究院广东珠海 519070） 摘要：用AIRPAK软件模拟室内流场分布，并以速度不均匀系数为判据来分析各种情况下的流场；建立室内速度不均匀系数与洁净空气量的关系。 关键词：AIRPAK、速度不均匀系数、洁净空气量 Numerical Simulation and Research of Airflow Distribution for the Room with the Air Purifier LI Xi-yu，LIU Wei-long （Household Electric Institute of Gree Electric Appliances, Inc.of Zhuhai，519070，Guangdong，China）Abstract: An air purifier room was numerical simulated using AIRPAK, and in the same room analyses various kinds of valley distribution with the criterion which is established by asymmetric coefficient of velocity .The purpose is to establish an context between Asymmetric coefficient of velocity and CADR . Keywords: AIRPAK、Asymmetric coefficient of velocity 、CADR 0引言 空气净化器的目的是为了更好的净化空气中的有害物质，洁净空气量、净化效果和室内的流场分布有很大的关系。 设计一款同种类型的空气净化器时，需要根据房间的面积(A)确定空气净化器的送风量，而目前送审的联合企业标准中已经有根据房间面积确定洁净空气量（CADR）的标准：A=0.1* CADR，需要洁净空气量与送风量之间的关系，这样就可以由房间面积来设计合适风量的空气净化器，因CADR值是一个和室内气流组织分布有直接关系的参数，室内气流组织的分布目前还缺乏一种定量合理的评价体系，本文以速度不均匀系数评价室内气流组织，所以，本文旨在建立洁净空气量和速度不均匀系数的关系曲线，根据该曲线可以得到相应的CADR值所需要的K值，然后我们根据房间大小建立模型，给定一系列的风量数值，用AIRPAK仿真得到该K值下所需要的风量数值，即是所需的空气净化器风量值[1-2]。 1 Airpak简介 Airpak是Fluent Inc.公司推出的专门针对HVAC(暖通空调)领域开发的一款CFD软件，专门为暖通专业设计，内置了许多模型，如房间、墙、风口、人员、热源等，能够自动网格化，能生成报表、动画、功能虽然没有Fluent全面，但比Fluent专业；其界面较粗糙，仍采用Fluent作为求解器。对于比较规则的建筑物的模拟比较精确，对于特殊外形的建筑物建模过程比较繁琐，可以准确地模拟通风系统的空气流动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题[6]。本文是应用AIRPAK软件对空气净化器室内气流组织进行仿真，并输出室内各节点的速度数值，运用Matlab软件进行编程，计算出室内流场分布的速度不均匀系数，从而指导空气净化器的方案定制。 2 评价标准和设计方案 2.1室内气流组织的评价标准 设计一款空气净化器时，需要根据房间的面积确定空气净化器的送风量，而目前已送审的联合企业标准中已经有根据房间面积确定洁净空气量的标准：A=0.1×CADR，需要洁净空气量与送风量之

气流组织设计

四、气流组织的设计计算 气流组织设计的任务就是合理地组织室内空气的流动与分布、确定送风口的型式、数量与尺寸,使工作区的风速与温差满足工艺要求及人体舒适感的要求。气流组织的效果可以用空气分布特性指标ADPI(Air Diffusion Performance Index)来评价,它定义为工作区内各点满足温度、湿度与风速要求的点占总点数的百分比。可以通过实测来确定。 以下介绍几种气流组织的设计方法。 气流组织设计一般需要的已知条件如下:房间总送风量0L (m 3／S );房间长度L (m );房间宽度W (m );房间净高H (m);送风温度0t (℃);房间工作区温度n t (℃);送风温差0t ?(℃)。 气流组织设计计算中常用的符号说明如下: ρ——空气密度,取1、2 (kg/m 3); p C ——空气定压比热容,取1、01 kJ ／(kg ·℃); 0L ——房间总送风量(m 3／S); L ——房间长度(m); W ——房间宽度(m); H ——房间净高(m); x ——要求的气流贴附长度(m),x 等于沿送风方向的房间长度减去1 m; 0t ——送风温度(℃); n t ——房间工作区温度(℃); 0/d F n ——射流自由度,其中n F 为每个风口所管辖的房间的横截面面积(m 2); 0d ——风口直径,当为矩形风口时,按面积折算成圆的直径(m)。 (一)侧送风的计算 除了高大空间中的侧送风气流可以瞧做自由射流外,大部分房间的侧送风气流都就是受限射流。 侧送方式的气流流型宜设计为贴附射流,在整个房间截面内形成一个大的回旋气流,也就就是使射流有足够的射程能够送到对面墙(对双侧送风方式,要求能送到房间的一半),整个工作区为回流区,避免射流中途进人的工作区。侧送贴附射流流型如图6-10所示 (图中断面I-I 处,射流断面与流量都达到了最大,回流断面最小,此处的回流平均速度最大即工作区的最大平均速h υ)。这样设计流型可

空调房间室内气流组织模拟fluent

空调房间室内气流组织模拟(ｆｌueｎｔ）

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模型[1] m s,送风温度为?如图,房间左下角有一个空调，送风和回风方向如图所示。送风速度为1/ 25℃,壁面温度为30℃。 1．建立模型及网格划分 ①建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上,这里直接读入网格文件hvac-ｒoｏｍ.ｍsｈ。 ②读入网格后应检查网格及网格尺寸,通过Meｓh下的Check和Ｓcａle进行实现,这里不做详细描述。 2．求解模型的设定 ①启动FLＵEＮT。启动设置如图,这里着重说说DoublｅPrecｉｓｉon(双精度)复选框,对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。 [1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:312-317

a.几何特征包含某些极端的尺度(如非常长且窄的管道）,单精度求解器可能不能 足够精确地表达各尺度方向的节点信息。 b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特 别大(因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动。 c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格,使用单精度求解器可能会遇到收敛 性不佳或精确度不足不足的问题,此时,使用双精度求解器可能会有所帮助。 ②求解器设置。这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。如图: 下面说一说Pressｕｒe－based和Deｎsitｙ－baｓed的区别:

某会议厅室内气流组织数值模拟与舒适度分析

某会议厅室内气流组织数值模拟与舒适度分析高大空间建筑现今已经成为世界范围内较为普遍的建筑形式，它是时代发展的产物，同时也体现了人们对建筑美学、室内装修、室内热舒适度、室内气流组织的均匀性分布等各种要素的更高要求。根据不同建筑形式及建筑使用功能，每种高大空间都具有其特殊的结构、负荷、能耗等特点，在空调系统气流组织设计时要同时考虑温度、湿度和风速的分布情况、能耗的大小和舒适性好坏等各种综合因素。人们逐渐将注意力及研究重心转移到对高大空间空调系统末端的气流组织设计研究上。近几时年来，计算流体动力学（CFD, Computational Fluid Dynamics）技术发展的很快，利用CFD数值模拟技术模拟预测高大空间的温度场、速度场、热舒适性并优化气流组织设计方案的方法技术已经比较成熟。 本论文选取北京市某公共建筑的高大空间会议厅为研究对象。首先，根据建筑的设计空间尺寸、基础空调设计参数、空调系统设计方案等，选取所要研究的物理模型及数学计算模型，借助FLUENT公司为暖通专业开发的AIRPAK2.1软件对空调系统设计方案温度分布、速度分布及热舒适性进行三维数值模拟研究。通过对一系列不同工况的比较、分析优选出较为完善方案并将其应用到实际工程中。其中数学模型模拟计算采用k ε两方程紊流模型。 然后，对所研究的高大空间会议厅进行现场实际测试，并将完善后的气流组织模拟所得结果与实际测试结果作对比，达到验证CFD模拟技术的可靠性目的。研究结果表明：1.在一个设计良好的气流组织设计中，送风口的送风速度及送风口的型式都是需要重点考察的的设计参数。本论文通过对不同工况的比较分析，综合考虑，最终完善方案采用侧送下回与上送下回相结合的气流组织型式；2. 通过对不同工况、不同的气流组织型式进行数值模拟并定性分析、定量比较，最终综合各方因素选定比较合理的气流组织方案，为实际工程设计提供有利参考； 3.通过对本工程夏季空调工况下实测值和数值模拟数值的对比分析，可以验证CFD数值模拟技术的可靠性，并证明由FLUENT软件公司开发的针对模拟室内环 境的AIRPAK2.1软件能够为高大空间类建筑空调系统优化方案设计、预测气流组织分布、评价热舒适指标等。

气流组织设计

第一章气流组织设计 7.4.1 空调区的气流组织设计，应根据空调区的温湿度参数、允许风速、噪声标准、空气质量、温度梯度以及空气分布特性指标(ADPI)等要求，结合内部装修、工艺或家具布置等确定；复杂空间空调区的气流组织设计，宜采用计算流体动力学(CFD)数值模拟计算。 7.4.2空调区的送风方式及送风口选型，应符合下列规定： 1 宜采用百叶、条缝型等风口贴附侧送；当侧送气流有阻碍或单位面积送风量较大，且人员活动区的风速要求严格时，不应采用侧送； 2 设有吊顶时，应根据空调区的高度及对气流的要求，采用散流器或孔板送风。当单位面积送风量较大，且人员活动区内的风速或区域温差要求较小时，应采用孔板送风； 3 高大空间宜采用喷口送风、旋流风口送风或下部送风； 4 变风量末端装置，应保证在风量改变时，气流组织满足空调区环境的基本要求； 5 送风口表面温度应高于室内露点温度；低于室内露点温度时，应采用低温风口。 7.4.3采用贴附侧送风时，应符合下列规定： 1 送风口上缘与顶棚的距离较大时，送风口应设置向上倾斜10°～20°的导流片； 2 送风口内宜设置防止射流偏斜的导流片； 3 射流流程中应无阻挡物。 7.4.4采用孔板送风时，应符合下列规定： 1 孔板上部稳压层的高度应按计算确定，且净高不应小于0.2m； 2 向稳压层内送风的速度宜采用 3 m／s～5m／s。除送风射流较长的以外，稳压层内可不设送风分布支管。稳压层的送风口处，宜设防止送风气流直接吹向孔板的导流片或挡板； 3 孔板布置应与局部热源分布相适应。 7.4.5采用喷口送风时，应符合下列规定： 1 人员活动区宜位于回流区； 2 喷口安装高度，应根据空调区的高度和回流区分布等确定； 3 兼作热风供暖时，宜具有改变射流出口角度的功能。 7.4.6采用散流器送风时，应满足下列要求： 1 风口布置应有利于送风气流对周围空气的诱导，风口中心与侧墙的距离不宜小于1.0m；

气流组织计算

散流器气流组织的分析与核算 以地下一层分区一为例进行计算： 1.换气次数的确定 换气次数n=31055m 3/h/(40.4x20.1x4)=9.56≈10 根据对气流组织要求的有关规定可知，每小时的换气次数不应小于5次，计算的10次满足要求 2.散流器尺寸及参数 按50个散流器计算，每个散流器对应的Fn=40.4x20.1/50=16.24㎡,水平射程为2m,垂直射 程x ’=4-1.8=2.2m.散流器出风速度4m/s,总风量31055m 3/h,每个散流器送风量为 0L =31055/50=621.1m 3/h=0.17m 3/s 这样F 0=0.17/4=0.04m 2 下面进行校核计算 3.检查x u l x F K K K m u u o x +='203211 式中：12m —— 由《空气调节》表5-2送风口特性系统性表中查得：91.121=m ； 1K ——根据 n f x x ==55.024.162.2=在《空气调节》图5-13射流受限修正系数曲线图中取得=k 10.55 2K 、3K ——均取1。 代入各值，得： U X = 2.022.204.055.091.14=+??? m/s （4）检查x t ?：l x F K n t t x +?=?'20110=c o 32.02.42.055.01.128=???? 计算结果说明x u 和x t ?均满足需求。 (5)检查射流贴附长度l x ： k z x l exp 5.0=

00 h 62.0-35.0k F = 04.004.01.062.035.0=- 20104 1)2(245.5t n F u m z ?= =4.95 l x =0.5?4.95?exp0.04=2.57m 贴附的射流长度满足要求。 综上所述，我们选择方形散流器，其喉部尺寸为250mm ×250mm 。 其他房间散流器的片数由各自房间的送风量及面积来确定，各个房间散流器的片数计算结果详见附表。各个房间散流器的布置见各层平面图。 双层百叶风口气流组织的分析与核算 1.采用双层百叶风口，其特性系数m 1=3.4；n 1= 2.4，风口的尺寸定为0.25m ?0.2m,有效面积系数为0.8,F 0=0.04m 2 2.设定射流长度x=11-0.5+（5.1-1.8-0.1）=14.3m （取工作高度为1.8m ，风口中心距离顶棚0.1m ，离墙0.5m 为不保证区域）。 3.选用8个送风口，其间距是5m 。对于每股射流来说76.2581.5 4.40=?=n f m 2 4.利用各个修正系数求K 1、K 2、K 3,按k 1=97.108.53.147.07.0=?== -n F x x 查《空气调节》图5-13，得K 1=0.84.按照l/x=5/14.3=0.35，查图5-14，得K 2=1.33；计算射流轴心速度衰减： 05.02011==x F m K u u o x 由于本设计的工作区位于射流的回流区域，射流到达计算断面x 位置的风速x u 可以比回流区域高，一般可以取规定风速的2倍，即x u =2h u （h u 是回流区域的风速）。现取x u =0.5m/s ，则0u =0.5/0.05=10m/s 。 5.计算换气次数： 前面已经求得观众大厅的送风量L=14522m 3/h ，则此时的换气次数n=L/n V =7.88次/h 。可见计算结果符合换气次数的要求。

气流组织分布及计算

第10章 室内气流分布 10.1 对室内气流分布的要求与评价 10.1.1 概述 空气分布又称为气流组织。室内气流组织设计的任务就是合理的组织室内空气的流动与分布，使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好的满足工艺要求及人们舒适感的要求。 空调房间内的气流分布与送风口的型式、数量和位置，回风口的位置，送风参数，风口尺寸，空间的几何尺寸及污染源的位置和性质有关。 下面介绍对气流分布的主要要求和常用评价指标。 10.1.2 对温度梯度的要求 在空调或通风房间内，送入与房间温度不同的空气，以及房间内有热源存在，在垂直方向通常有温度差异，即存在温度梯度。 在舒适的范围内，按照ISO7730标准，在工作区内的地面上方1.1m 和0.1m 之间的温差不应大于3℃(这实质上考虑了坐着工作情况)； 美国ASHRAE55-92标准建议1．8m 和0．1m 之间的温差不大于3℃(这是考虑人站立工作情况)。 10.1.3 工作区的风速 工作区的风速也是影响热舒适的一个重要因素。在温度较高的场所通常可以用提高风速来改善热舒适环境。但大风速通常令人厌烦。 试验表明，风速<0.5m/s 时，人没有太明显的感觉。我国规范规定：舒适性空调冬季室内风速≯0.2m/s ，夏季≯0.3m/s 。工艺性空调冬季室内风速≯0.3m/s ，夏季宜采用0.2-0.5m/s 。 10.1.4 吹风感和气流分布性能指标 吹风感是由于空气温度和风速(房间的湿度和辐射温度假定不变)引起人体的局部地方有冷感，从而导致不舒适的感觉。 1．有效吹风温度EDT 美国ASHRAE 用有效吹风温度EDT(Effective Draft Temperature)来判断是否有吹风感，定义为 )15.0(8.7)(EDT ---=x m x t t ν (10-1) 式中 t x ,t m --室内某地点的温度和室内平均温度，℃； v x --室内某地点的风速，m/s 。 对于办公室，当EDT=-1.7~l ℃，v x ＜0.35m/s 时，大多数人感觉是舒适的，小于下限值时有冷吹风感。 EDT 用于判断工作区任何一点是否有吹风感。 2．气流分布性能指标ADPI 气流分布性能指标ADPI （Air Diffusion Perfomance Index ），定义为工作区内各点满足EDT 和风速要求的点占总点数的百分比。 对整个工作区的气流分布的评价用ADPI 来判断。