空調(diào)導流板角度對室內(nèi)空氣溫度的影響

施建榮 孟慶國 李秀麗 朱 健

（南通中集罐式儲運設備制造有限公司）

應用研究

空調(diào)導流板角度對室內(nèi)空氣溫度的影響

施建榮*孟慶國 李秀麗 朱 健

（南通中集罐式儲運設備制造有限公司）

為了研究空調(diào)導流板角度對室內(nèi)空氣溫度的影響，利用CFD軟件建立了帶進風口（即空調(diào)出風口）、回風口的某房間空氣流動計算模型。分析了空調(diào)導流板分別為向上、0°和向下時對室內(nèi)溫度、風速分布的影響，以及室內(nèi)人體最佳舒適度區(qū)域的大小。研究結(jié)果表明，空調(diào)導流板在0°時室內(nèi)溫度的均勻性最好，人體最佳舒適度區(qū)域最大。

空調(diào) 導流板 角度 空氣溫度 人體舒適度 進風口 計算流體動力學

室內(nèi)空調(diào)的空氣溫度、空氣流動速度對室內(nèi)人體的健康及舒適性有著非常重要的影響，而進風口（即空調(diào)出風口）導流板可對室內(nèi)空氣的溫度、速度分布進行適度調(diào)節(jié)，從而滿足人體舒適性的要求。

Chen Q.等[1]利用計算流體動力學 （CFD）模擬了不同的通風方式、風口結(jié)構對房間內(nèi)空氣流動的影響。陳群等[2]分析了不同進風位置、進風溫度條件下，房間壁溫對室內(nèi)空氣流動的影響。本文利用CFD(computational fluid dynamics)軟件，采用有限體積法，計算模擬了某房間在不同角度導流板下，室內(nèi)空氣溫度的分布以及人體最佳舒適度區(qū)域的大小，比較了不同角度導流板對室內(nèi)空氣溫度、人體最佳舒適度區(qū)域大小的影響，得到了較優(yōu)的導流板角度，可為實際導流板調(diào)節(jié)提供理論依據(jù)。

1 室內(nèi)空氣流場仿真計算的控制方程

室內(nèi)空氣流動遵守質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律。這些定律的數(shù)學描述為[3]：

（1）質(zhì)量守恒方程

任何流動問題都滿足連續(xù)性方程，也稱質(zhì)量守恒方程，即單位時間內(nèi)流體微元體中質(zhì)量的增加，等于同一時間間隔內(nèi)流入該微元體的凈質(zhì)量：

（2）動量守恒方程

動量守恒方程的本質(zhì)是滿足牛頓第二定律，可表述為：微元體中流體的動量對時間的變化率等于外界作用在該微元體上的各種力之和。由此可以導出x、y、z方向上的動量守恒方程：

（3）能量守恒方程

能量守恒定律是包含有熱交換的流動系統(tǒng)必須滿足的基本定律，其本質(zhì)是熱力學第一定律。可表述為：微元體中能量的增加率等于進入微元體的凈熱流量加上質(zhì)量力與表面力對微元體所作的功。其方程形式為：

2 模型描述

室內(nèi)空氣流動模型如圖1所示，模型x、y、z方向上的長度分別為4 m、3 m、5 m，設進風口（空調(diào)出風口）位于z=0的面上方，回風口位于x=4 m的面上方，進風口、回風口均位于中間位置。

圖1 室內(nèi)空氣流動計算模型

3 CFD模擬分析

分析時采用有限體積法將控制方程離散化。速度-壓力耦合關系采用SIMPLE算法，進行穩(wěn)態(tài)計算，除能量項的離散使用二階迎風格式外，其他均使用一階迎風格式。采用標準κ-ε湍流模型來模擬房間內(nèi)的流體流動。進風口風流量為200 m3/h，進口溫度為25℃，回風口采用壓力出口，其余壁面設置為對流換熱邊界，外界環(huán)境設置為40℃。

3.1 導流板向上時的CFD分析結(jié)果

圖2和圖3分別為導流板向上時橫截面x=2.0 m上的溫度、速度矢量圖。通常，溫度在24～28℃時人體的感覺最為舒適。圖4為導流板向上時，空氣溫度低于28℃的區(qū)域。其區(qū)域體積為36.998 4 m3。

圖2 導流板向上時橫截面x=2.0 m上的溫度分布

圖3 導流板向上時橫截面x=2.0 m上的速度矢量圖

圖4 導流板向上時空氣溫度低于28℃的區(qū)域

3.2 導流板為0°時的CFD分析結(jié)果

圖5和圖6分別為導流板為0°（z向）時橫截面x=2.0 m上的溫度、速度矢量圖。圖7為導流板為0°時，空氣溫度低于28℃的區(qū)域。其區(qū)域體積為52.457 5 m3。

3.3 導流板向下時的CFD分析結(jié)果

圖8和圖9分別為導流板向下時，橫截面x=2.0m上的溫度、速度矢量圖。圖10為導流板向下時空氣溫度低于28℃的區(qū)域，區(qū)域體積35.965 3 m3。從導流板分別為向上、0°和向下時的溫度分布可以看出，在進風口的正下方，空氣流動較弱，導致在進風口的正下方區(qū)域溫度也相對較高。對比導流板向上、0°、向下的空氣溫度低于28℃的區(qū)域，可以得到：0°時空氣溫度低于28℃的區(qū)域最大，導流板向下時空氣溫度低于28℃的區(qū)域最小。由此可見，導流板為0°時，室內(nèi)最佳舒適度空間最大，進風口最下方溫度相對較高的區(qū)域也最小。

圖5 導流板為0°時橫截面x=2.0 m上的溫度分布

圖6 導流板為0°時橫截面x=2.0 m上的速度矢量圖

圖7 導流板為0°時空氣溫度低于28℃的區(qū)域

圖8 導流板向下時橫截面x=2.0 m上的溫度分布

圖9 導流板向下時橫截面x=2.0 m上的速度矢量圖

圖10 導流板向下時空氣溫度低于28℃的區(qū)域

4 結(jié)論

（1）利用CFD仿真技術分析了不同空調(diào)導流板角度對室內(nèi)空氣溫度的影響。 （2）從x=2 m截面可以看出，導流板為0°時，室內(nèi)空氣溫差最小。（3）從導流板向上、0°、向下的人體最佳舒適度分布區(qū)域來看，導流板為0°時，人體最佳舒適度區(qū)域最大，進風口最下方溫度相對較高的區(qū)域最小。

[1]CHEN Q，MOSER A，SUTER P.A numerical study of indoor air quality and thermal comfort under six kinds of air diffusion [J].ASHRAE Transactions， 1992， 98（1）：203-217.

[2]陳群，陳澤敬，任建勛，等.壁面溫度對室內(nèi)空氣流動過程的影響[C]//全國暖通空調(diào)制冷2006年學術年會文集.合肥：2006.

[3]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.

Influence of Air Conditioner Deflector Angle on Indoor Air Temperature

Shi Jianrong Meng Qingguo Li XiuliZhu Jian

In order to study the influence of air conditioning deflector on indoor air temperature at different angles,a calculation model of air flow in a room with air conditioner,air inlet and return air port was established by using CFD software.The influence of air inlet on the indoor temperature,wind speed distribution,and the size of indoor human comfort zone were analyzed respectively when the air conditioning deflector was upwards,0 degrees and downwards.The results showed that when the air deflector was 0 degrees,the uniformity of indoor temperature was the best,and the region of human comfort was the biggest.

Air conditioner;Deflector;Angle;Air temperature;Human comfort degree;Air inlet;CFD

TQ 050.1

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.08.006

2016-12-12）

*施建榮，男，1984年生，工程師。南通市，226003。