用 cfd 方 法 指 導(dǎo) 通 風(fēng) 空 調(diào) 設(shè)

《用 cfd 方 法 指 導(dǎo) 通 風(fēng) 空 調(diào) 設(shè) 》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、用CFD方法指導(dǎo)通風(fēng)空調(diào)設(shè)VENTILATIONANDAIRCONDITIONINGDESIGNINGPLE算法開發(fā)出計算通風(fēng)空調(diào)房間風(fēng)速、溫度分布的軟件STACH-3。在利用文獻(xiàn)中的實驗資料驗證該軟件的基礎(chǔ)上，對一個置換通風(fēng)的例子，利用該軟件預(yù)測房間內(nèi)的溫度場、速度場，從而指導(dǎo)通風(fēng)空調(diào)的工程設(shè)計。關(guān)鍵詞：計算流體力學(xué)（CFD）數(shù)學(xué)模型室內(nèi)空氣分布　　ABSTRACT　　Thetransportationequationsnecessaryforthecalculationoftemperatureandvelocityventilatedo

2、rairconditionedroomarepresentedinthepaper.Thetubulenceismodeledbyaneericalsimulationofindoorairdistributionisdeveloped.odel,indoorairdistribution1引言　　隨著社會的發(fā)展，人類對居住建筑的要求越來越高，通風(fēng)空調(diào)技術(shù)日新月異。早期的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要采用集總參數(shù)的方法進(jìn)行設(shè)計，房間的空調(diào)效果也用平均參數(shù)來考察，因此往往出現(xiàn)房間的空調(diào)負(fù)荷很大、設(shè)備投資和運行費用很高的情況。同時，隨著空調(diào)的日益普及，出現(xiàn)了很

3、多"病態(tài)建筑"（SickBuildings），室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ：IndoorAirQuality）越來越引起人們的重視[1]。眾所周知，通風(fēng)空調(diào)的目的就是通過人工的方法，在有限的空間創(chuàng)造一種健康、舒適、安全、高效的空氣環(huán)境，因此人們希望在規(guī)劃設(shè)計階段就能詳細(xì)了解由空調(diào)通風(fēng)所形成的室內(nèi)空氣流速、溫度、有害物濃度等的分布，從而制定出最佳的通風(fēng)空調(diào)方案?！　∮捎诮ㄖ臻g越來越向復(fù)雜化、多樣化和大型化發(fā)展，傳統(tǒng)的射流分析方法不能給出設(shè)計人員所需的詳細(xì)資料；模型實驗雖然能夠得到設(shè)計人員所需要的各種數(shù)據(jù)，但需要較長的實驗周期和昂貴的實驗費用，難于在工

4、程設(shè)計中廣泛采用?！　‰S著計算機技術(shù)的發(fā)展，利用計算機求解室內(nèi)氣流控制方程組的數(shù)值預(yù)測方法有了很大的發(fā)展。由于計算流體動力學(xué)（CFD：putationalFluidDynamics）方法成本低、速度快、資料完備，故其逐漸受到人們的青睞，CFD方法便越來越多地應(yīng)用于暖通空調(diào)領(lǐng)域。　　本文將給出計算通風(fēng)空調(diào)房間溫度、風(fēng)速所需的微分方程和湍流模型及相應(yīng)的求解算法，并數(shù)值計算某置換通風(fēng)房間的溫度和速度分布說明CFD指導(dǎo)通風(fēng)空調(diào)氣流組織設(shè)計的優(yōu)勢。　　2控制方程　　通風(fēng)空調(diào)房間的空氣流動一般為湍流，由于送風(fēng)溫差的存在，浮升力對流動有一定的影響。空氣的流

5、動滿足連續(xù)性方程、動量議程和能量方程?！　】諝饬鲃拥耐牧魈匦砸话悴捎眠m當(dāng)?shù)耐牧髂Ｐ兔枋觥Ｗ詈唵蔚耐牧髂Ｐ蜑榱惴匠棠Ｐ?，如混合長度模型等。目前在房間空氣流動中最普遍采用的是k-ε模型，它屬于兩方程模型。k-ε模型通過求解湍能k和湍能耗散率ε的輸運方程得到湍流粘性系數(shù)（有關(guān)湍流模型的詳細(xì)情況可參考有關(guān)書籍）。本文中所采用的STACH-3新版本具有k-ε模型和美國麻省理工學(xué)院ChenQ.等人提出的專用于模擬自然對流和混合對流的零方程模型。由于新的零方程模型對室內(nèi)空氣流動的數(shù)值模擬具有一定的精度[2][3]，而且它耗時少、收斂快，利于在一般空調(diào)工程師

6、所能提供的微型機上使用，故本文采用該零方程模型作為湍流模型進(jìn)行計算，下面會給出其與實驗的驗證?！　∵B續(xù)性方程、動量方程、能量方程的輸運方程都可以寫成下列通用方程的形式：　　　　　　　　　　　?。?）　　其中，Φ代表通用變量u,υ,ω,h等，ρ，，，SΦ分別表示密度、速度矢量、擴(kuò)散通量和源項。擴(kuò)散通量由下式確定：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）　　其中表示通用變量Φ的有效交換系數(shù)。在直角坐標(biāo)系下，Φ，和SΦ的值如表1所示。其中，u,υ,ω分別表示x,y,z三個方向的速度，h和p分別表示空氣的焓和壓力，gx、gy、gz分別表示x、y、

7、z三個方向的重力加速度，ρref為空氣的參考密度，μl、μt、μeff分別表示層流粘性系數(shù)、湍流粘性系數(shù)和有效粘性系數(shù)，σh為h的當(dāng)量普朗特數(shù)，Sh表示單位體積的發(fā)熱量?！　”?各方程的Φ值和SΦ值ΦΦSΦ100uμeffvμeffwμeffhShρ　　μeff=μl+μtμt=0.03874ρVl，即零方程模型　C1=1.44,C2=1.92,CD=0.99,σh=1.0,σt=1.0　　因此，只要給出了計算房間各待求變量的邊界條件，運用數(shù)值計算方法，就可以得到房間各個位置的風(fēng)速、溫度，從而可以對通風(fēng)空調(diào)房間內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行評價?！　?數(shù)值計算

8、方法　　上面各微分方程相互耦合，具有很強的非線性特征，一般只能采用數(shù)值方法求解。在求解區(qū)域生成網(wǎng)格后，利用有限容積法可將各微分方程離散為下列形式：