空間熱環(huán)境三維紊流流動的數值模擬與研究

魏艷立等

摘 要：文章通過對某工程售樓部大廳空調開啟前后不同位置的空間進行實驗測試，得出相應位置的溫度、空氣流速數值，并建立相應的數學物理模型，應用CFX計算軟件對該售樓部大廳進行室內熱環(huán)境（空氣溫度、流速）三維數值模擬，得出空間空氣溫度、流速的平面分布圖。在分布圖上相應位置取點，與實驗測試的數值進行對比、分析。結果表明模擬值與實驗測試值基本吻合，這為室內空調系統(tǒng)設計得出了參考資料，使得今后空調工程設計時方案可以更優(yōu)化。

關鍵詞：空調；實驗測試；數學物理模型；室內熱環(huán)境；數值模擬

中圖分類號：U270 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）5-0048-02

隨著社會經濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，人類對于居住及工作環(huán)境的要求越來越高，這也使得空調成為改了人們變生活環(huán)境的首選，而空調系統(tǒng)的舒適性和節(jié)能性更是成為了設計師方案設計的首要考慮指標。而對于如何解決室內氣流和溫度這兩種體現房間舒適性的重要參數，計算流體力學（CFD：computational fluid dynamics）技術被引入國內，并已進入實用階段。它通過對室內空間氣流的速度場、溫度場、壓力場等進行數值模擬計算，在工程規(guī)劃和設計階段即可對工程設計方案進行正確、直觀的預測和分析，同時也可在工程調試階段對工程施工結果做出對比、調整。CFD的數值模擬計算結果與工程實際測試結果均可做為一種設計依據用來指導暖通空調系統(tǒng)設計方案的優(yōu)化。本文就是利用CFD模擬計算軟件CFX，對空調系統(tǒng)開啟時的某售樓部大廳進行了三維熱環(huán)境的數值模擬，通過對溫度場、速度場的模擬結果和實際測試結果做出比較、驗證。

1 模型簡介

2 數學模型

房間內氣體流動是湍流過程，所以本文采用紊流自然對流時的k-ε雙方程模型進行模擬。在模擬過程中作如下假設：室內空氣為低速運動，可視為不可壓縮流體；符合Boussinesq假設，即認為流體密度對浮升力項產生影響；氣體流動為穩(wěn)態(tài)紊流；忽略由流體粘性力引起的能量損失。數值模擬中采用的基本控制方程為連續(xù)性方程、動量方程、能量方程、紊態(tài)動能k方程、湍流耗散率ε方程，可表示為：

4 模擬結果及分析

4.1 空氣溫度分布

6 結 論

本文采用CFX計算模擬軟件對空調房間中的溫度場、速度場進行數值模擬，得出計算結果，與實驗測試結果相比較。從模擬氣流繞流及房間溫度分布情況可看出，空調系統(tǒng)送風口及回風口布置較為合理，房間中溫度場、速度場比較均勻一致。從室測試結果與計算結果對比分析中可看出房間中的一些影響誤差較大的地方，在今后的空調設計方案中可作出適當調整，使得設計方案更加優(yōu)化，同時在設計選型參數的選擇上更加精確，使得工程方案更加趨于合理。

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