空調(diào)導(dǎo)流板角度對(duì)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(chǔ)運(yùn)設(shè)備制造有限公司）

應(yīng)用研究

空調(diào)導(dǎo)流板角度對(duì)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(chǔ)運(yùn)設(shè)備制造有限公司）

為了研究空調(diào)導(dǎo)流板角度對(duì)室內(nèi)空氣溫度的影響，利用CFD軟件建立了帶進(jìn)風(fēng)口（即空調(diào)出風(fēng)口）、回風(fēng)口的某房間空氣流動(dòng)計(jì)算模型。分析了空調(diào)導(dǎo)流板分別為向上、0°和向下時(shí)對(duì)室內(nèi)溫度、風(fēng)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(dǎo)流板在0°時(shí)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(dǎo)流板 角度 空氣溫度 人體舒適度 進(jìn)風(fēng)口 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)

室內(nèi)空調(diào)的空氣溫度、空氣流動(dòng)速度對(duì)室內(nèi)人體的健康及舒適性有著非常重要的影響，而進(jìn)風(fēng)口（即空調(diào)出風(fēng)口）導(dǎo)流板可對(duì)室內(nèi)空氣的溫度、速度分布進(jìn)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(jì)算流體動(dòng)力學(xué) （CFD）模擬了不同的通風(fēng)方式、風(fēng)口結(jié)構(gòu)對(duì)房間內(nèi)空氣流動(dòng)的影響。陳群等[2]分析了不同進(jìn)風(fēng)位置、進(jìn)風(fēng)溫度條件下，房間壁溫對(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)的影響。本文利用CFD(computational fluid dynamics)軟件，采用有限體積法，計(jì)算模擬了某房間在不同角度導(dǎo)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(dǎo)流板對(duì)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(dǎo)流板角度，可為實(shí)際導(dǎo)流板調(diào)節(jié)提供理論依據(jù)。

1 室內(nèi)空氣流場(chǎng)仿真計(jì)算的控制方程

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

（1）質(zhì)量守恒方程

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

（2）動(dòng)量守恒方程

動(dòng)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(dòng)量對(duì)時(shí)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(dǎo)出x、y、z方向上的動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)必須滿足的基本定律，其本質(zhì)是熱力學(xué)第一定律。可表述為：微元體中能量的增加率等于進(jìn)入微元體的凈熱流量加上質(zhì)量力與表面力對(duì)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(dòng)模型如圖1所示，模型x、y、z方向上的長(zhǎng)度分別為4 m、3 m、5 m，設(shè)進(jìn)風(fēng)口（空調(diào)出風(fēng)口）位于z=0的面上方，回風(fēng)口位于x=4 m的面上方，進(jìn)風(fēng)口、回風(fēng)口均位于中間位置。

圖1 室內(nèi)空氣流動(dòng)計(jì)算模型

3 CFD模擬分析

分析時(shí)采用有限體積法將控制方程離散化。速度-壓力耦合關(guān)系采用SIMPLE算法，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，除能量項(xiàng)的離散使用二階迎風(fēng)格式外，其他均使用一階迎風(fēng)格式。采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型來模擬房間內(nèi)的流體流動(dòng)。進(jìn)風(fēng)口風(fēng)流量為200 m3/h，進(jìn)口溫度為25℃，回風(fēng)口采用壓力出口，其余壁面設(shè)置為對(duì)流換熱邊界，外界環(huán)境設(shè)置為40℃。

3.1 導(dǎo)流板向上時(shí)的CFD分析結(jié)果

圖2和圖3分別為導(dǎo)流板向上時(shí)橫截面x=2.0 m上的溫度、速度矢量圖。通常，溫度在24～28℃時(shí)人體的感覺最為舒適。圖4為導(dǎo)流板向上時(shí)，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(dǎo)流板向上時(shí)橫截面x=2.0 m上的溫度分布

圖3 導(dǎo)流板向上時(shí)橫截面x=2.0 m上的速度矢量圖

圖4 導(dǎo)流板向上時(shí)空氣溫度低于28℃的區(qū)域

3.2 導(dǎo)流板為0°時(shí)的CFD分析結(jié)果

圖5和圖6分別為導(dǎo)流板為0°（z向）時(shí)橫截面x=2.0 m上的溫度、速度矢量圖。圖7為導(dǎo)流板為0°時(shí)，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(dǎo)流板向下時(shí)的CFD分析結(jié)果

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

圖5 導(dǎo)流板為0°時(shí)橫截面x=2.0 m上的溫度分布

圖6 導(dǎo)流板為0°時(shí)橫截面x=2.0 m上的速度矢量圖

圖7 導(dǎo)流板為0°時(shí)空氣溫度低于28℃的區(qū)域

圖8 導(dǎo)流板向下時(shí)橫截面x=2.0 m上的溫度分布

圖9 導(dǎo)流板向下時(shí)橫截面x=2.0 m上的速度矢量圖

圖10 導(dǎo)流板向下時(shí)空氣溫度低于28℃的區(qū)域

4 結(jié)論

（1）利用CFD仿真技術(shù)分析了不同空調(diào)導(dǎo)流板角度對(duì)室內(nèi)空氣溫度的影響。 （2）從x=2 m截面可以看出，導(dǎo)流板為0°時(shí)，室內(nèi)空氣溫差最小。（3）從導(dǎo)流板向上、0°、向下的人體最佳舒適度分布區(qū)域來看，導(dǎo)流板為0°時(shí)，人體最佳舒適度區(qū)域最大，進(jìn)風(fēng)口最下方溫度相對(duì)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(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)過程的影響[C]//全國暖通空調(diào)制冷2006年學(xué)術(shù)年會(huì)文集.合肥：2006.

[3]王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析——CFD軟件原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)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。