大空間冬季條縫送風的模擬分析

2020-12-18 01:47:58孫曉晴陳忠海鄭雅婷

河北建筑工程學院學報 2020年3期

孫曉晴陳忠海鄭雅婷楊鵬

(河北建筑工程學院能源工程系,河北張家口 075000)

0 引言

國內研究人員針對夏季空調送風研究眾多，孫厚永等人針對會議室旋流和噴口兩種送風方式進行對比分析.胡定科研究得出噴口送風工作區能量利用系數較大，垂直溫差、不均勻系數均較小.蔡寧針對夏季工況不同噴口進行測試，得出受射流卷吸影響,風量增加會減小分層面附近的溫差,增加非空調區與空調區的對流轉移熱,同時,溫度的最大梯度也會隨著風量的增加而增加.胡定科對比五種通風方式通過FIPOST繪制出速度矢量圖和溫度等值線圖，計算設計負荷及變負荷時的ADPI值進行熱舒適評價.但具體分析大空間冬季供暖文章較少，朱佩張得出末端采暖設備采用頂吹暖風機的方式在采暖效果和運行費用均有優勢，但管理控制繁瑣.張國兵針對空調工況采用空氣柱的方式對房間進行溫度調節，結果表明冬季熱工況舒適度優于制熱工況.故本次研究針對大空間下條縫送風方式供暖效果以及氣流特性.

由于熱空氣上升大空間垂直方向上溫度梯度大，通常高能耗低舒適，且大空間送風射流大多為多股受限非等溫湍流射流，目前尚無成熟的理論經驗.故本文利用CFD軟件分析大空間下條縫送風方式(側送側回)送風效果，并分析模型的速度系數曲線，深度探究條縫送風對人體舒適感的影響.

1 物理模型

本文研究的實際情況為非穩態湍流流動，直接模擬尚不現實，研究地處沈陽的某大空間模型長度為32 m，寬度為20 m，高度為4 m，東墻和南墻為外墻.條縫送風：側面布置10個條縫送風口高度為3 m，下部設回風口，氣流流動遵循三大方程，湍流動能和湍流能量耗散率方程，同時進行以下假設：

1)室內空氣為準穩態湍流流動的理想氣體.

2)空氣為不可壓縮流體，滿足Bossinesq假設.

3)忽略由于粘性作用引起的能量耗散，流體做定常流動.

4)不考慮窗戶門縫等影響因素，壁面為穩態傳熱.

5)人體簡化為0.5 m*0.5 m*1.1 m(長*寬*高)的長方體.

6)室內無內熱源，環境內溫度浮動較小.

邊界條件：

1)室外計算參數：冬季采暖室外計算干球溫度-19 ℃，冬季平均風速3.1 m/s，冬季空氣調節室外計算相對濕度64%.

2)室內計算參數：在冬季室內環境中，通常來說室內溫度保持在在18—20℃之間人員滿意度大.本文冬季室內設計溫度20℃，室內設計濕度50%.

3)送風口定義為速度送風口，條縫送風溫度同為45 ℃，條縫風速為3.8 m/s.

4)回風口定義為出口.

圖1 雙側條縫送風物理模型

2 數學模型

(1)連續方程

(1)

式中ρ為流體的密度，本次研究為空氣即ρ=1.1941 kg/m3μi為流體速度沿i方向的分量

(2)動量方程

(2)

式中ρ是靜壓力，Fi是源項，ρgi是i方向的重力分量，τij是應力矢量

(3)能量方程

(3)

式中h是焓;k是導熱系數;kt是由于紊流傳遞而引起的熱傳導率;Sh是體積熱源

(4)紊流脈動動能方程(K方程)

(4)

(5)紊流能量耗散率方程(ε方程)

(5)

(6)紊流粘性系數

(6)

(4)、(5)、(6)式中,各計算常數、系數的意義分別為:

3 網格劃分

本文根據實際情況選取的是四邊形網格形式，同時本次模擬對人員周圍的網格進行加密處理，線網格劃分比例為1.1，間距為0.1，網格的扭曲率和長細化接近1，且網格檢查最小面積為正值，說明網格質量較好，滿足計算要求.假如生成網格數量過大，影響數值解的穩定性，而本文模擬滿足要求.本次模擬網格劃分模型總體單元數為20478個，面域數為64830個節點數為23985個.

4 數值模擬結果及分析

1)速度.

在條縫風口送風方式下,選取y=1.1 m(人員頭頂區域截面)處的xz平面以及z=0送風口豎向截面處的xy平面顯示速度場分布結果,則如圖2、圖3所示.圖3可以看出：高溫氣流由側面送入，在風口中心速度較大，受周圍空氣阻礙氣流速度不斷減小到達人員時速度大于0.3 m/s，不滿足舒適度.圖2可以看出：氣流水平射入，形成明顯的環形運動，在角落形成吹風死區，但墻邊人員逗留時間較短.