探析氣流組織形式對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境影響的數(shù)值模擬.doc

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1、探析氣流組織形式對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境影響的數(shù)值模擬摘要：市內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量對(duì)人們的生產(chǎn)、生活質(zhì)量產(chǎn)生重大影響，木文以空調(diào)氣流組織對(duì)市內(nèi)空氣環(huán)境的影響為例，探討了氣流組織形式對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境影響的數(shù)值模擬。關(guān)鍵詞：置換通風(fēng)；氣流組織模擬中圖分類(lèi)號(hào)：TD724文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1物理模型某空調(diào)房間物理模型如圖1,圖屮y軸正方向是北方，房間尺寸為7.9mX6.9mX4.5m（長(zhǎng)X寬X高），有13個(gè)人在房間開(kāi)會(huì)，有1臺(tái)電腦，1張會(huì)議桌，頂上9個(gè)照明燈，南墻有2扇玻璃窗。混合通風(fēng)：3個(gè)送風(fēng)口在西墻上側(cè)，2個(gè)冋風(fēng)口在東墻下側(cè)；置換通風(fēng)：1個(gè)送風(fēng)口在西墻

2、下側(cè)，2個(gè)回風(fēng)口在頂面東側(cè)。圖1物理模型2數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的建立是基于以下的假設(shè)：室內(nèi)氣流為低速不可壓縮的牛頓流體，定常流動(dòng)，并忽略粘性力引起的耗散效應(yīng)，室內(nèi)均勻內(nèi)熱源或無(wú)大的溫度浮動(dòng)。3邊界條件空調(diào)室內(nèi)空氣流體的物理性質(zhì)，在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，可以近似按常溫下空氣的物性參數(shù)選取。計(jì)算所需的邊界條件如下：入口邊界條件：置換通風(fēng)送風(fēng)溫度為16°C,風(fēng)速為0?2m/s；混合通風(fēng)送風(fēng)溫度為16°C,風(fēng)速為2.5m/so出口邊界條件：假定出口界面上的節(jié)點(diǎn)對(duì)第1個(gè)內(nèi)節(jié)點(diǎn)己無(wú)影響，因而可以令對(duì)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的影響系數(shù)為零，這樣就無(wú)需知道出口邊界上的值

3、。壁面邊界條件：室內(nèi)壁面邊界條件設(shè)為恒溫邊界，西墻與南墻壁溫為33°C,南窗為35°C,其余壁面溫度均為29°C；電腦設(shè)為恒熱流邊界，熱流量分別120W；每盞燈總熱流量為40W；人體簡(jiǎn)化為棱柱形，每人總熱流為70W；會(huì)議桌的邊界設(shè)為絕熱邊界。4數(shù)值模擬結(jié)果分析4.1速度場(chǎng)模擬分析在置換通風(fēng)與混合通風(fēng)兩種不同氣流組織下，選取x二2.05m處的yz平而、y=3.85m處的zx平面顯示速度場(chǎng)分布結(jié)果，如圖2、圖3所示。圖2x二2.05m處速度分布云圖圖3y=3.85m處速度矢量圖（1）分析如圖2（a）與圖3@）所示的置換通風(fēng)下速度場(chǎng)

4、的模擬結(jié)果。低溫氣流從房間的底部送入，由于新風(fēng)的溫度低于室內(nèi)溫度，相對(duì)密度較高，進(jìn)入房間后先向下流動(dòng)，停留在室內(nèi)地板上，形成一個(gè)“新風(fēng)湖”。在底部氣流單向流動(dòng)，特別是會(huì)議桌（絕熱體）下方區(qū)域在地板附近單向流動(dòng)氣流的速度較大，隨著距離風(fēng)口越遠(yuǎn)，風(fēng)速越小，如圖3@）所示。當(dāng)氣流遇到障礙物和熱源（如人體、電腦）時(shí)，新風(fēng)被加熱后在浮升力作用下上升，卷吸室內(nèi)氣流形成羽狀氣流流場(chǎng)，到達(dá)中部區(qū)域的時(shí)候氣流速度減小。在房間豎直面上，存在明顯的速度分層，室內(nèi)氣流以類(lèi)似層流的活塞流的狀態(tài)緩慢向上移動(dòng)，如圖2(“)所示。氣流在到達(dá)天花板附近，一部分

5、經(jīng)回風(fēng)口排出房間；另一部分遇阻折回，被羽狀氣流卷吸，在房間頂部很小范圍內(nèi)形成渦流區(qū)。在整個(gè)人員活動(dòng)區(qū)(0.1-1.8m),氣流速度都在0.10m/s以下，不會(huì)對(duì)人員產(chǎn)生吹風(fēng)感。同時(shí)冷氣流在沿?zé)嵩?人或電腦)運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸收熱量上升，冷空氣能及時(shí)補(bǔ)充，保證了工作區(qū)的舒適度。(2)分析如圖2(b)與圖3(b)所示的混合通風(fēng)(上側(cè)進(jìn)下側(cè)回)下速度場(chǎng)的模擬結(jié)果。氣流以2.5m/s的速度水平射入，在室內(nèi)形成明顯的環(huán)狀運(yùn)動(dòng)，如圖2(b)所示。氣流在重力作用下向下運(yùn)動(dòng)，一部分氣流在排風(fēng)口處直接經(jīng)排風(fēng)口排出，大部分氣流在到達(dá)地板后折流，貼地面水平

6、流動(dòng)，且速度較大,如圖3(b)所示，吸收房間余熱，溫度升高，在熱浮升力作用下上升，上升過(guò)程中遇到送風(fēng)氣流，在送風(fēng)氣流的卷吸下，隨之流動(dòng)，在房間內(nèi)形成較大的渦旋。室內(nèi)氣流擾動(dòng)比較大，且氣流速度大小差別過(guò)大，人員工作區(qū)內(nèi)有吹風(fēng)感，從而舒適度也不高。由于氣流的卷吸作用，房間的這種通風(fēng)方式，由于送風(fēng)量大，必然消耗更多的能量。4.2溫度場(chǎng)模擬分析在置換通風(fēng)與混合通風(fēng)兩種不同氣流組織下，選取x二2.05m處的yz平而、y=3?85m處的zx平面與z=0.525m處的xy平面顯示速度場(chǎng)分布結(jié)果,如圖4、圖5所示。圖4x二2.05m處溫度場(chǎng)分

7、布圖圖5z=0.525m處溫度場(chǎng)分布圖(1)分析如圖4@)、圖5(a)所示的置換通風(fēng)下溫度場(chǎng)的模擬結(jié)果。對(duì)于置換通風(fēng)，送風(fēng)溫度低，速度小，主要由熱源產(chǎn)生的熱浮升力來(lái)主導(dǎo)室內(nèi)氣流流向，因此，在水平方向，除熱源外，同一水平面上溫度分布比較均勻，人在各處冷熱感覺(jué)比較一致。在垂直方向上存在明顯的熱力分層，房間下方溫度較低，上方溫度相對(duì)較高，大約在l?8m以下，溫度梯度大但實(shí)際溫差小，不影響室內(nèi)舒適度。由于只考慮人員工作區(qū)內(nèi)的余熱余濕，相對(duì)于其他通風(fēng)方式來(lái)說(shuō)，減少了室內(nèi)冷負(fù)荷，可以減少送風(fēng)量或稍微提高送風(fēng)溫度，一定程度上節(jié)省了能源消耗。

8、(2)分析如圖4(b)、圖5(b)所示的混合通風(fēng)溫度場(chǎng)的模擬結(jié)果。對(duì)于側(cè)送風(fēng)，整個(gè)氣流在房間內(nèi)上部溫度較低，屮間溫度較高；從西墻上側(cè)送入的低溫氣流，部分下沉，與地面相遇后貼地面流向工作區(qū)內(nèi)，而作為絕熱體的會(huì)議桌板面面積較大，起到隔斷氣流的作用，使桌底氣流不能與熱源充分混合，形