80平米塔樓公寓的氣流組織分析文獻(xiàn)綜述

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1、80平米塔樓公寓的氣流組織分析文獻(xiàn)綜述 -080403214 冷亞娟摘要：為了描述和分析在夏季空調(diào)器來制冷的塔樓公寓室內(nèi)的氣流組織，根據(jù)實(shí)際情況建立其物理和數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用CFD 方法對(duì)辦公室空調(diào)房間上送下回的送風(fēng)方式下的氣流組織進(jìn)行三維數(shù)值模擬。通過Fluent 軟件來進(jìn)行數(shù)值解算，給出室內(nèi)速度場和溫度場的分布狀況。通過對(duì)不同空間位置的速度矢量圖和溫度等值線圖的分析，得到了該室內(nèi)氣流組織的合理性和人員所處不同區(qū)域的熱舒適性，并以此來指導(dǎo)辦公室內(nèi)空調(diào)通風(fēng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。關(guān)鍵詞：CFD，Airpak，室內(nèi)氣流組織，計(jì)算流體力學(xué)正文：隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對(duì)居住和工作的建

2、筑環(huán)境有了更高的要求，因而對(duì)通風(fēng)空調(diào)技術(shù)也提出了更高的要求，空調(diào)效果成了人們關(guān)心的重點(diǎn)?？照{(diào)室內(nèi)的氣流組織直接影響著空調(diào)系統(tǒng)的使用效果，是關(guān)系著房間工作區(qū)的溫濕度基數(shù)、精度及區(qū)域溫差、工作區(qū)的氣流速度及清潔程度和人們舒適感覺的重要因素，是空氣調(diào)節(jié)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)【1】。只有合理的氣流組織才能充分發(fā)揮送風(fēng)的冷卻或加熱作用，均勻地消除室內(nèi)熱量，并能更有效的地排除有害物和懸浮在空氣的灰塵【2】。對(duì)塔樓公寓的氣流組織進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，并通過對(duì)結(jié)果的分析來更好的指導(dǎo)實(shí)際設(shè)計(jì)，這對(duì)于改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境有著重要的意義。1.氣流組織定義及特點(diǎn)：一般來講,空調(diào)房間的氣流組織是指通過空調(diào)房間送、

3、回風(fēng)口的選擇和布置,使送入房間的空氣在室內(nèi)合理地流動(dòng)和分布,從而使空調(diào)房間的溫度、濕度、速度和潔凈度等參數(shù)能很好地滿足生產(chǎn)工藝和人體熱舒適的要求。冷氣流在運(yùn)動(dòng)過程中受到障礙物和熱氣流的影響，速度衰減較快，射流的方向也會(huì)發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，在房間內(nèi)會(huì)形成一定面積的回流區(qū)和渦流區(qū)，人在空調(diào)房間的舒適性受到影響。人員在不同的位置的速度場、溫度場分布不一樣，熱舒適感明顯不一樣。在風(fēng)口附近的人員有吹冷風(fēng)感，在遠(yuǎn)角處的人員有明顯的過熱感。所以，空氣氣流組織涉及到PMVPPD，PMVPPD 指標(biāo)綜合了空氣溫度、濕度、風(fēng)速、輻射溫度四個(gè)環(huán)境參數(shù)以及人體活動(dòng)強(qiáng)( 新陳代謝) 、著裝情況兩個(gè)人體參數(shù)對(duì)人體熱舒適性影響

4、空氣齡物理意義形象且易于被人們接受，一般說來空氣齡數(shù)值越小，表示空氣越新鮮2.主要研究方法：目前主要有四種預(yù)測室內(nèi)空氣分布的方法：射流理論分析、模型試驗(yàn)、區(qū)域模擬以及基于計(jì)算流體力學(xué)（Computaional Fluid Dynamics:CFD）方法的數(shù)值模擬【3】。分別適用于不同的建筑、不同的通風(fēng)形勢并且根據(jù)不同的要求而視情況而采用。評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣品質(zhì)的方法主要有應(yīng)用CFD 技術(shù)對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)進(jìn)行評(píng)估及利用“通風(fēng)效率”和“換氣效率”進(jìn)行評(píng)價(jià)等【4】。2.1 通風(fēng)效率及換氣效率：所謂通風(fēng)效率是指當(dāng)送人房間一定量新風(fēng), 置換出室內(nèi)被污染空氣時(shí), 送入新風(fēng)達(dá)到通風(fēng)目的有效程度。通風(fēng)效率依房間送排風(fēng)

5、口的位置關(guān)系的變化而變化。在設(shè)計(jì)時(shí)有必要預(yù)先知道, 對(duì)一定量新風(fēng)如能進(jìn)行最有效的通風(fēng)時(shí), 進(jìn)鳳口和排風(fēng)口的相對(duì)位置應(yīng)如何布置。通鳳效率是用來判斷氣流組織通風(fēng)效果是否良好的指標(biāo)。至于換氣效率則是以名義時(shí)間常數(shù) 和室內(nèi)空氣年齡來確定的。即平均換氣效率為a=Tn/2T2.2 CFD方法及特點(diǎn)：CFD（Computational Fluid Dynamics，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）是建立在經(jīng)典流體力學(xué)與數(shù)值計(jì)算方法基礎(chǔ)上的一門新型獨(dú)立學(xué)科，通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，在時(shí)間和空間上定量描述流場的數(shù)值解，從而達(dá)到對(duì)物理問題研究的目的。它兼有理論性和實(shí)踐性的雙重特點(diǎn)，為現(xiàn)代科學(xué)中許多復(fù)雜流動(dòng)與傳熱問題提

6、供了有效的解決方法【5】。1985 年丹麥學(xué)者尼爾森首次利用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和湍流模擬技術(shù)的發(fā)展，CFD 方法有了很大的發(fā)展。CFD 法具有成本低、速度快、資料完備且可模擬各種不同的工況等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，故其逐漸受到人們的青睞，CFD 方法也越來越多的應(yīng)用于暖通空調(diào)領(lǐng)域【6】。該方法的具體做法就是在計(jì)算機(jī)上虛擬的做實(shí)驗(yàn)：依據(jù)室內(nèi)空氣流動(dòng)的數(shù)學(xué)物理模型，將房間劃分為許多小的控制體，把控制空氣流動(dòng)的連續(xù)的微分方程組離散為非連續(xù)的代數(shù)方程組。結(jié)合實(shí)際的邊界條件在計(jì)算機(jī)上數(shù)值求解離散所得的代數(shù)方程組。只要?jiǎng)澐值目刂企w足夠小，就可以認(rèn)為離散區(qū)域上的離散值代表整個(gè)房間

7、內(nèi)的空氣分布情況。在目前的預(yù)測室內(nèi)空氣分布的方法中，CFD 方法具有不可比擬的優(yōu)勢，并且由于當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CFD 方法的計(jì)算周期和成本也完全可以為工程應(yīng)用所接受【7】。目前應(yīng)用較多的CFD 商用軟件有FLUENT,STAR- CD, PHOENICS 等, 它們的功能比較全面,適用性強(qiáng), 可以求解工程界中的各種復(fù)雜問題。其中FLUENT 軟件下的Airpak 軟件是專門面向HVAC 領(lǐng)域的軟件。2.3 Airpak 軟件：Airpak 是用于模擬室內(nèi)氣流組織的CFD 專用軟件,用于工程領(lǐng)域和科學(xué)研究。用該軟件模擬了某室內(nèi)設(shè)計(jì)方案的氣流組織和熱舒適性,通過調(diào)整對(duì)比分析,驗(yàn)證了CFD 運(yùn)用

8、于改善室內(nèi)熱環(huán)境和提高節(jié)能效率的可行性【8】.Airpak 使用的離散化方法是目前在CFD 領(lǐng)域廣泛使用的有限體積法, 又稱為控制體積法。其基本思路是將計(jì)算區(qū)域劃分為網(wǎng)格, 并使每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)周圍有一個(gè)互不重復(fù)的控制體積; 將待解微分方程( 控制方程) 對(duì)每一個(gè)控制體積積分, 從而得出一組離散方程。軟件可以生成自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)化、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。Airpak 具有強(qiáng)大的可視化后處理能力, 能夠能生成速度矢量、云圖和粒子流線動(dòng)畫,描繪氣流的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)情況。模擬結(jié)束后,還可提供強(qiáng)大的數(shù)值報(bào)告,從而對(duì)房間的氣流組織、熱舒適性和室內(nèi)空氣品質(zhì)( IAQ) 進(jìn)行全面綜合評(píng)價(jià)【9】。Airpak,對(duì)改善室內(nèi)的熱環(huán)境具有很

9、好的參考價(jià)值, 使用靈活方便, 可靠性高, 其在暖通領(lǐng)域的運(yùn)用中將會(huì)有很廣闊的前景。3.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及前景國外不僅注意墓本理論而且重視應(yīng)用理論和應(yīng)用技術(shù), 不少研究內(nèi)容是有生產(chǎn)和實(shí)用背景的。近年來我國在科研問題上的指示精神與國外的趨向是一致的。在氣流組織的理論研究,設(shè)計(jì)計(jì)算方法上,多年來我國不斷有人進(jìn)行著這方面的研究工作,積累了不少實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場實(shí)測資料,諸如分層空調(diào)氣流計(jì)算,側(cè)送風(fēng)氣流規(guī)律與計(jì)算,下部送風(fēng),旋流風(fēng)口等末端裝置的研制與實(shí)踐工作,取得不同程度的成績,在這方面的工作質(zhì)量未必遜色于國外。不過在研究方法、乎段上應(yīng)予更新,在研究范圍上似應(yīng)拓寬。有些問題從表面上看按國家現(xiàn)況似不迫切,但從

10、長遠(yuǎn)看畢竟不能是空白。在氣流測量技術(shù)、新型儀器研制上應(yīng)投人力量,急起直追。目前對(duì)室內(nèi)氣流分布的研究越來越多的集中在CFD 方面， 由于數(shù)值模擬法需要知道室內(nèi)空氣流動(dòng)的狀態(tài)和室內(nèi)房間的邊界條件，但是目前這方面資料不全，因此室內(nèi)送風(fēng)口入流邊界條件確定、壁面邊界條件確定以及室內(nèi)熱源分布等都會(huì)成為將來研究的熱門領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)：【1】袁東升,田慧玲,高建成.氣流組織對(duì)空調(diào)房間空氣環(huán)境影響的數(shù)值模擬J.建筑節(jié)能,2008,(9):9-13.【2】電子工業(yè)部第十設(shè)計(jì)研究院.空調(diào)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊（第二版）M.北京:中國建筑環(huán)境出版社,2005.【3】馬文娟室內(nèi)氣流組織計(jì)算方法的概述與展望 安徽理工大學(xué)理學(xué)院數(shù)學(xué)系

11、【4】田慧玲.氣流組織對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)影響的數(shù)值研究D.河南理工大學(xué),2009【5】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.【6】趙彬，林波榮，李先庭.室內(nèi)空氣分布預(yù)測方法及比較.暖通空調(diào)，2006【7】張國強(qiáng)，鄒媛. 室內(nèi)氣流模擬方法比較及一種新的模擬方法研究/2007 年全國暖通空調(diào)年會(huì)論文集.【8】CFD在住宅室內(nèi)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 蘇華東、龔七一 山西建筑 第36卷第12期 2010年4月【9】C. A. G. Fletcher, I. F. Mayer, A. Eghlimi, K. H. A. Wee.CFD as a Building Services Engineering Tool. ArchitecturalScience, 2001, 2( 3) : 67- 81.