住宅房间通风气流模型试验相似理论 中国建筑科学研究院空调所王智超 西安建筑科技大学吴志勇李安桂 摘要根据相似理论的基本原理，导出了住宅房间通风气流模型试验的相似准则以及相似比例尺之间的关系，为搭建试验台打下理论基础。 关键词住宅房间自然通风机械通风模型试验相似理论 1 引言 对于大空间建筑和民用住宅房间室内气流组织的研究，主要有计算流体力学CFD模拟和模型试验两种方法。其中，模型试验方法是较为可靠的模拟方法，它借助相似理论，在等比或缩小比例的模型中通过测量来模拟和预测室内空气参数。通过模型模拟对原型所设想的气流流动状况进行可行性分析和合理性验证，从中发现原设计中的不足和缺陷，从而加以改进完善使得通风空调设计更合理科学。但它耗时多，投资高，有时存在较大的困难。 目前对于地下水电站，地铁等大型公共建筑通风气流已做过很多的模型试验，但对于民用住宅室内通风气流模型模拟国内做的很少。本文通过模型试验的方法对住宅房间进行通风模拟试验，研究室内空气温度和速度的分布流场，以及房间气流换气均匀性和通风效果等情况，从而和实测的结果进行对比。 2 住宅房间简介 测试的住宅房间位于北京市东城区兴化西里小区内，二室一厅，住宅面积约为65m2。其中主卧的几何尺寸长、宽、高为××2.8m，客卧尺寸为××2.8m，客厅尺寸为××2.8m。在两个卧室和客厅的外窗上面都装有一个ALDES自平衡式的进风口，卫生间装有一个排风扇，厨房装有一个抽油烟机。整个房间内的通风是靠自然通风和机械通风（自然进风、机械排风）相结合的方式来进行的。 3 室内外气象参数 北京地区属暖温带大陆性季风气候区，一年四季分明。室外气象参数的计算按《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ 19－87 2001版）计算的。室外气象参数如表1所示： 表1 室外计算气象参数 本实验是在中国建筑科学研究院实验室进行的，为了保证实验的准确性，试验过程中尽量保证试验条件与室外的平均温度，平均风速保持相等，使试验情况更接近真实情况。 4 模型试验相似理论 模型试验的理论基础是相似理论。而相似准则是使模型与原型相似所必须满足的条件，也是模型设计与模型试验的基本依据，以及模型试验结果转变为原型结果的基础。
喷口送风计算书 1. 设计条件 总送风量Q=40m3/h,射流轨迹中心距风口中心的垂直落差5.2m,射流的射程20m ，室内要求夏季温度26℃，喷口采用带收缩口的圆喷口，气流以水平方向从喷送出。 2. 计算过程 ① 设喷口直径为0.25m 计算相对落差和相对射程： 8.2025.02 .5==s d y ，8025.020==s d x ②计算阿基米德数Ar ： 0010137 .0) 35.025.020 07.051.0(808.20) 35.051.0()(22=+???= +=s s s d ax d x d y Ar ③计算风口的送风速度s v s m t Ar t gd v n s s s /2.7)27326(0010137.08 2.081.9)273(= +???=+?= ④校核射流末端的轴心速度x v （m/s ）和平均速度p v （m/s ）: s m d ax v v s s x /60.0145 .025.020 07.048.02.7145.048 .0=+??=+?= s m v v x p /3.06.05.021=?== ⑤确定喷口个数n: 66.036002.725.0785.08403600 422 =???===S S S d S v d L L L n π个 选取S d =0.25圆形风口一个，喷口实际送风速度S v :
s m v S /89.43600125.0785.08642=???= 此外，射流末端的轴心速度S v 和气流平均速度p v s m v X /41.0145.025.020 07.048.089.4=+??= s m v v X p /21.041.02121=?== 此平均速度满足夏季舒适型空调空气调节区平均不大于0.3m/s 的要求。
实验一 室内气流组织模拟实验 一、实验目的 通过室内气流组织模拟实验，掌握常用风口、常见室内送回风口布置对室内气流分布、工作区温度速度均匀性的影响；掌握室内工作区温度和速度的测量方法、气流演示实验方法。 二、实验原理 室内气流组织的优劣直接影响室内热环境的舒适性和空调设计的实现，同时也直接影响空调系统的能耗量。通常室内工作区由余热而形成的负荷只占全室总负荷的一部分。另一部分产生于工作区之上。良好而经济的气流组织形式，应在保证工作区满足空调参数要求的前提下，使空调送风有效地排出工作区的余热，而不使工作区以外的余热带入工作区，从而达到不增加送风量且提高排风温度的效果，直接排除这部分热量，以提高空调系统的经济性。为此引入评价室内气流组织经济性指标——能量利用系数η： o n o p t t t t --= η 式中，t n 、t o 、t p 分别为室内工作区空气平均温度、送风温度及排（回）风温度。 通过实测获得能量利用系数η，以评价室内气流组织的经济性。 三、实验方法 1．气流组织测量方法 (1).烟雾法 将棉球蘸上发烟剂（如四氯化钦、四氯化锡等）放在送风口处，烟雾随气流在室内流动。仔细观察烟雾的流动方向和范围，在记录图上描绘出射流边界线、回漩涡流区和回流区的轮廓，或者采用摄影法直接记录气流形态。由于从风口射出的烟雾不大而且扩散较快，不易看清楚流动情况，可将蘸上发烟剂的棉花球绑在测杆上，放到需要测定的部位，以观察气流流型。这种方法比较快，但准确性差，只在粗测时采用。 (2).逐点描绘法 将很细的合成纤维丝线或点燃的香绑在测杆上，放在测定断面各测点位置上，观察丝线或烟的流动方向，并在记录图上逐点描绘出气流流型，或者采用摄影法直接记录气流形态。这种测试方法比较接近于实际情况。 应注意上述用于记录气流形态的摄影法对拍摄焦距、烟雾与背景的对比度等要求较高。 2．能量利用系数测量方法 分别在室内工作区、送回风口处布置温度测点，温度测量仪器采用热电偶测量，工作区温度应采用多点布置取其平均值，计算求得能量利用系数。 3．风口、气流组织的选择 目前环境室内可供测量的风口有散流器、双层百叶两种风口，可供观察的气流组织形式有上送上回、上送下回，其中散流器送风口有二个。 四、实验步骤 1. 选择一种风口形式及其气流组织方式，调整送风温度及其送风量至设定值，待稳定后进行实验；
第10章 室内气流分布 10.1 对室内气流分布的要求与评价 10.1.1 概述 空气分布又称为气流组织。室内气流组织设计的任务就是合理的组织室内空气的流动与分布，使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好的满足工艺要求及人们舒适感的要求。 空调房间内的气流分布与送风口的型式、数量和位置，回风口的位置，送风参数，风口尺寸，空间的几何尺寸及污染源的位置和性质有关。 下面介绍对气流分布的主要要求和常用评价指标。 10.1.2 对温度梯度的要求 在空调或通风房间内，送入与房间温度不同的空气，以及房间内有热源存在，在垂直方向通常有温度差异，即存在温度梯度。 在舒适的范围内，按照ISO7730标准，在工作区内的地面上方1.1m 和0.1m 之间的温差不应大于3℃(这实质上考虑了坐着工作情况)； 美国ASHRAE55-92标准建议1．8m 和0．1m 之间的温差不大于3℃(这是考虑人站立工作情况)。 10.1.3 工作区的风速 工作区的风速也是影响热舒适的一个重要因素。在温度较高的场所通常可以用提高风速来改善热舒适环境。但大风速通常令人厌烦。 试验表明，风速<0.5m/s 时，人没有太明显的感觉。我国规范规定：舒适性空调冬季室内风速≯0.2m/s ，夏季≯0.3m/s 。工艺性空调冬季室内风速≯0.3m/s ，夏季宜采用0.2-0.5m/s 。 10.1.4 吹风感和气流分布性能指标 吹风感是由于空气温度和风速(房间的湿度和辐射温度假定不变)引起人体的局部地方有冷感，从而导致不舒适的感觉。 1．有效吹风温度EDT 美国ASHRAE 用有效吹风温度EDT(Effective Draft Temperature)来判断是否有吹风感，定义为 )15.0(8.7)(EDT ---=x m x t t ν (10-1) 式中 t x ,t m --室内某地点的温度和室内平均温度，℃； v x --室内某地点的风速，m/s 。 对于办公室，当EDT=-1.7~l ℃，v x ＜0.35m/s 时，大多数人感觉是舒适的，小 于下限值时有冷吹风感。
模型[1] m s，送风温如图，房间左下角有一个空调，送风和回风方向如图所示。送风速度为1/ 度为25℃，壁面温度为30℃。 1．建立模型及网格划分 ①建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上，这里直接读入网格文件hvac-room.msh。 ②读入网格后应检查网格及网格尺寸，通过Mesh下的Check和Scale进行实现，这里不做详细描述。 2．求解模型的设定 ①启动FLUENT。启动设置如图，这里着重说说Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。 [1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:312-317
a.几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。 b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动。 c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。 ②求解器设置。这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。如图： 下面说一说Pressure-based和Density-based的区别：
a.Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力 修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动 也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled Solver，其实也Pressure-Based Solver的两种处理方法； b.Density-Based Solver是Fluent 6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解 的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent 具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太 完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning方法来 处理，使之也能够计算低速问题。Density-Based Solver下肯定是没有SIMPLEC， PISO这些选项的，因为这些都是压力修正算法，不会在这种类型的求解器中出现 的；一般还是使用Pressure-Based Solver解决问题。 基于压力的求解器适用于求解不可压缩和中等程度的可压缩流体的流动问题。而基于密度的求解器最初用于高速可压缩流动问题的求解。虽然目前两种求解器都适用于各类流动问题的求解（从不可压缩流动到高度可压缩流动），但对于高速可压缩流动而言，使用基于密度的求解器通常能获得比基于压力的求解器更为精确的结果。 -湍流模型，Define/Models/Viscous。 ③流动模型设置。这里使用的是kε -模型，这种模型应用较多，计算量适中， a.这里我们使用的湍流模型是Standard kε 有较多数据积累和比较高的精度，对于曲率较大和压力梯度较强等复杂流动模拟效 果欠佳。一般工程计算都使用该模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程计算 要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷。 b.壁面函数的选择，我们这里选择的是，标准壁面函数法。其应用较多，计算量小， 有较高的精度。适合高雷诺数流动，对低雷诺数流动问题，有压力梯度、高度蒸腾 和大的体积力、低雷诺数和高速三维流动问题不适合。
全空气系统的气流组织计算 各房间风量计算 对于舒适性空调且层高≤5m，送风温差设为Δt o =100 C,则送风温度为t o =16 0 C, 室设计温度为t N =26±1 0 C,室相对湿度φN =55±5%。查参考文献1表2-18，换气次数应大于等于5次/h 。 3.2.1负荷和风量计算 由前面设计得舞厅总冷负荷Q= 79711.9W ，总湿负荷W= 5.7512457/g s ，热湿比线为 13859.936，室设计计算参数: 26.0o N t C =,505N ?=±％，室外设 计气象参数: 35.0o w t C =,555w ?=±％。 在i-d 图上根据N t 和N ?确定室空气状态点N ，通过该点画出热湿比线。 按消除余热和消除余湿所求通风量基本相同，说明计算无误，所取送风温差为10℃符合要求，查附录（文献1）1-1得：当t0=16时，空气密度3 1.195/kg m ρ=。 所以，L= 24596.815m3/h 。 查参考文献1中表4—1以及4—2可知：人短期停留的房间中CO 2允许浓度为2.0 l/ m 3 ，在轻劳动条件下人CO 2呼出量为30 l/h*人，取室外CO 2浓度为0.42 l/ m 3 ，则为达到卫生标准须新风量为： G w2= 205×0.89×30/(2-0.42)= 3451.51 m 3 /h 而由系统总风量得新风两为G 3=24596.815×0.2=4919.363 m 3 /h ；由于室外压差近似为零， 故G 1=0 m 3 /h 。 所以，最小新风量为4919.363 m 3 /h 。 同理可知大堂最小新风量为G=12020.06057*0.2=2404m3/h 。如下表，
室内气流组织数值模拟与舒适度分析 摘要：分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的室内空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟，并对其结 果进行了实验验证。根据ADPI指标对这几种送回风方式进行了热舒适性评价。 结果表明，分层空调和置换通风是室内中较好的气流组织方式。 关键词：室内；气流组织；速度场；温度场；数值模拟；热舒适 引言 传统空调系统的气流组织是以送风射流为基础的，通过反复迭代检查温度和 速度。最后，找到合理的回风方案和参数。空调房间内的供气射流大多是多个非 等温湍流射流，一般设计方法是基于单股等温紊流射流的规律，射流约束修正系数、射流重合度和非等温射流的修正系数。介绍。这种方法忽略了很多其他因素，如排风口的尺寸和位置、热源的性质和位置等，因此必然有一定的误差，在某些 情况下甚至有很大的误差。若简单地将这种方法用于空间空调系统的气流组织设计，是不合适的。 空间空调系统的气流设计没有成熟的理论和实验结论。主要研究方法是将气 流的数值分析与模型相结合。由于气流的数值分析涉及到各种可能的内部扰动、 边界条件和初始条件，所以可以完全反映房间内的气流分布，从而确定气流的最 佳方案。 1室内空气流动的有限元数值模拟 机械通风房间内的空气流动多属于非稳态湍流流动，直接模拟尚不现实。在 解决实际问题时，需要对物理模型进行一定的假设和简化处理。笔者作了以下假设： 1）室内空气为低速不可压缩气体，且符合 Boussinesq 假设； 2）室内空气流动为准稳态湍流流动； 3）忽略能量方程中粘性效应引起的能量耗散。 2各种送风方式下大空间室内气流组织数值模拟 2.1研宄对象 本文的研宄对象为有内热源、尺寸为12 mX &4 mX5.0 m（长X宽X高）的长 方体建筑模型（如图1所示），风口设在外墙侧。人员和设备由于不断放出热量，对室内气流分布特性有重要影响，将其视作内热源处理。内热源模型为0.4 mX 1.2 mX 1.3 m（长X宽X高）的长方体。在内热源模型内部不求解控制方程，把它的内表面视作速度为0的壁面。考虑模型的对称性，取一个空调送风单元（3 mX 4.2 mX 5.0 m）进行模拟计算分析。本文主要讨论0.1 m和1.1m高度的情况，这 两个平面之间的区域可以代表工作区。 2.2边界条件的处理 室内温度设定为（26±2）°C，内墙的温度设定为26°C，外墙为26.5屋顶为26°C。人体和设备的发热功率之和为600 W。本文应用有限元的非统一网格，在 人体和设备周围、外墙附近及风口附近对网格进行加密，在壁面附近采用壁面函 数法。非线性方程组由FIDAP（流体力学有限元软件包）的求解器通过迭代求解。 2.3常用送回风方式下室内气流组织模拟及气流分布特性评价
气流组织的校核 空气调节区的气流组织（又称为空气分布），是指合理地布置送风口和回风口，使得经 过净化、热湿处理后的空气，由送风口送入空调区后，在与空调区内空气混合、置换并进行热湿交换的过程中，均匀地消除空调区内的余热和余湿，从而使空调区（通常指离地面高度为2m 以下的空间）内形成比较均匀而稳定的温湿度、气流速度和洁净度，以满足生产工艺和人体舒适度的要求。同时，还要由回风口抽走空调区内空气，将大部分回风返回到空气处理机组（AHU ）、少部分排至室外。 影响空调区内空气分布的因素有：送风口的形式和位置、送风射流的参数（例如，送风 风量、出口风速、送风温度）、回风口的位置、房间的几何形状以及热源在室内的位置等，其中送风口的位置和形式、送风射流的参数是主要的影响因素。 5.1 双层百叶风口的气流组织校核： 标间、套房、咖啡厅以及洽谈室内风机盘管加新风系统选取上送侧回的双层百叶风口送 风。选取三层十二号老人活动室为 例，进行气流组织的校核计算。该房间其空调区域室温要求为26℃，房间长为A=5m ，宽为B=4.2m ，高为H=4.0m ，室内全热冷负荷Q=3229W 。 ①：根据空调区域的夏季冷负荷、热湿比和送风温差，绘制空气处理的h-d 图，计算夏 季空调的总送风量Ls （m 3/h ）和换气次数n （1/h ）： ) (2.16.3hS hN Q LS -= ----------------- (5-1) H B A L n s **= ---------------- (5-2) 式中： Q ——空调区的全热冷负荷，W ； h N 、h S ——室内空气和送风状态空气的比焓值，kJ/kg ； A ——沿射流方向的房间长度，m ； B ——房间宽度，m ； H ——房间高度，m 。 通过计算可得： Ls =1038 m 3/h n=13 1/h ②：根据总送风量和房间的建筑尺寸，确定百叶风口上网型号、个数，并进行布置。送 风口最好贴顶布置，以获得贴附射流。送冷风时，可采取水平送出；送热风时，可调节风口外层叶片的角度，向下送出。 ③：按照下式计算射流到达空调区域时的最大速度V x （m/s ），校核其是否满足要求： x Fs c b s k k mv Vx = ---------------- (5-3) 式中： Fs ——送风口的计算面积，㎡；
某综合体项目办公大堂空调气流组织的CFD模拟分析 发表时间：2018-05-28T15:01:08.897Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第35期作者：张晓洁[导读] 高大空间建筑有体积大、空调负荷大、能源消耗量大、对空调质量要求高等特点，其气流组织方式和空调节能问题尤显重要。 摘要：高大空间建筑有体积大、空调负荷大、能源消耗量大、对空调质量要求高等特点，其气流组织方式和空调节能问题尤显重要。有效地通风和合理的气流组织对于改善室内空气品质，保证实现健康建筑、健康舒适性空调有着重要的意义。做好大空间内气流组织的CFD模拟分析，可以从人员舒适性角度考虑风口布置的合理性，满足大空间档次提升需求。同时可在室内精装设计阶段作为风口布置参考。关键词：高大空间；气流组织 CFD模拟分析；速度场；温度场 引言：空调的使用越来越普及，人们对居住和工作环境的要求也越来越高，对通风空调技术也提出了更高的要求。在空调房间内，气流组织是通风和空调系统的重要组成部分，直接影响室内空调效果，是关系着房间工作区的温度、湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度及清洁程度和人们舒适感的重要因素。随着计算机技术的发展，越来越多的项目在设计阶段利用CFD技术对空调房间气流组织进行优化和研究，从而了解由空调通风所形成的室内空气速度场、温度场、湿度场以及有害物浓度场等的分布情况，以制定出最佳的气流组织方案。本文以南宁某综合体项目办公大堂为例，对设计的空调送回风系统进行CFD模拟分析。 一、CFD技术简介 室内气流组织，是指一定的送风口形式和送风参数所带来的室内气流分布。在实际工程中，常用的气流组织形式有：侧送侧回、上送下回、上送上回、下送上回等。影响空调房间气流组织的主要因素是入口风速、进风口的位置、进回风口的相对位置等。由于影响因素较多，加上实际工程中具体条件的多样性，因此难于用简单的理论或经验表达式来综合上述诸多因素的影响。目前，在空间气流分布计算方面较多采用CFD技术进行模拟分析。 CFD是计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）的简称，是流体力学和计算机科学相互融合的一门新兴交叉学科，它从计算方法出发，利用计算机快速的计算能力得到流体控制方程的近似解。CFD兴起于20世纪60年代，随着90年代后计算机的迅猛发展，CFD得到了飞速发展，逐渐与实验流体力学一起成为产品开发中的重要手段。CFD 技术具有成本低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点，可以拓宽实验研究的范围，减少成本昂贵的实验工作量。在给定的参数下用计算机对现象进行一次数值模拟相当于进行一次数值实验。常用的CFD软件有：CFX、Fluent、Phoenics、Star-CD、comsol、star-ccm+、flow-3D、AUTODESK CFD。 二、项目概况 本综合体项目位于南宁市凤岭片区东盟商务区核心区内，北侧为民族大道，西侧为青秀路，东南侧临中新路。该项目为一栋超高层办公楼，总建筑面积约为28.73万平方米，地面以上九十层，地下三层，建筑高度为445米，集商业、办公、酒店为一体的超高层综合楼。 办公大堂位于项目首层，为三层通高，高度为16.75m，其中电梯厅区域为局部两层通高，高度为11.25m，总建筑面积为1473.24㎡。大堂空调采用全空气系统，选用两台风量为45789m3/h，冷量为136Kw的组合式空调机组，设置在二层空调机房内。空调送风口为均匀布置，回风口集中设置在电梯厅上空，大堂空调送回风口平面布置如下图所示：
IDC机房空调系统气流组织研究与分析 摘要: 本文阐述了IDC机房气流组织的设计对机房制冷效率有重要影响, 叙述现有空调系统气流组织的常见形式。同时重点对IDC机房常见的几种气流组织进行了研究与分析, 对比了几种气流组织的优缺点, 从理论与实践中探讨各种气流组织情况下冷却的效率。 关键词: IDC、气流组织、空调系统 一、概述 在IDC机房中, 运行着大量的计算机、服务器等电子设备, 这些设备发热量大, 对环境温湿度有着严格的要求, 为了能够给IDC机房等提供一个长期稳定、合理、温湿度分布均匀的运行环境, 在配置机房精密空调时, 一般要求冷风循环次数大于30次, 机房空调送风压力75Pa, 目的是在冷量一定的情况下, 经过大风量的循环使机房内运行设备发出的热量能够迅速得到消除, 经过高送风压力使冷风能够送到较远的距离和加大送风速度; 同时经过以上方式能够使机房内部的加湿和除湿过程缩短, 湿度分布均匀。 大风量小焓差也是机房专用空调区别于普通空调的一个非常重要的方面, 在做机房内部机房精密空调配置时, 一般在考虑空调系统的冷负荷的同时要考虑机房的冷风循环次数, 但在冷量相同的条件下, 空调系统的空调房间气流组织是否合理对机房环境的温湿度均匀性有直接的影响。 空调房间气流组织是否合理, 不但直接影响房间的空调冷却效果, 而且也影响空调系统的能耗量, 气流组织设计的目的就是合理地组织室内空气的流动使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好地满足要求。 影响气流组织的因素很多, 如送风口位置及型式, 回风口位置, 房间几何形状及室内的各种扰动等。
二、气流组织常见种类及分析: 按照送、回风口布置位置和形式的不同, 能够有各种各样的气流组织形式, 大致能够归纳以下五种: 上送下回、侧送侧回、中送上下回、上送上回及下送上回。 1) 投入能量利用系数 气流组织设计的任务, 就是以投入能量为代价将一定数量经过处理成某种参数的空气送进房间, 以消除室内某种有害影响。因此, 作为评价气流组织的经济指标, 就应能够反映投入能量的利用程度。 恒温空调系统的”投入能量利用系数”βt, 定义: ( 2-1) 式中: t0一一送风温度, tn一一工作区设计温度, tp一一排风温度。 一般, 送风量是根据排风温度等于工作区设计温度进行计算的．实际上, 房间内的温度并不处处均匀相等, 因此, 排风口设置在不问部位, 就会有不同的排风温度, 投入能量利用系数也不相同。 从式(2—1)能够看出: 当tp = tn 时, βt=1.0, 表明送风经热交换吸收余热量后达到室内温度, 并进而排出室外。 当tp > tn 时, βt>1.0, 表明送风吸收部分余热达到室内温度、且能控制工作区的温度, 而排风温度能够高于室内温度, 经济性好。 当tp < tn 时, βt<1.0, 表明投入的能量没有得到完全利用, 住住是由于短路而未能发挥送入风量的排热作用, 经济性差。 2) 上送下回 孔板送风和散流器送风是常见的上送下回形式。如图2-1和图2-2所示．
大空间建筑室内气流组织数值模拟与舒适性分析 发表时间：2019-04-30T10:40:18.810Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：王雷谢恩 [导读] 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的国民经济得到了快速的发展，分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的大空间建筑空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟,并对其结果进行了实验验证。 中建三局第一建设工程有限责任公司湖北武汉 430040 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的国民经济得到了快速的发展，分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的大空间建筑空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟,并对其结果进行了实验验证。根据ADPI指标对这几种送回风方式进行了热舒适性评价。结果表明,分层空调和置换通风是大空间建筑中较好的气流组织方式。 关键词：大空间建筑；气流组织；速度场；温度场；数值模拟 引言 常规空调系统气流组织的设计是以送风射流为基础,通过反复迭代对温度和速度进行校核,最后找到合理的送回风方案和参数。空调房间的送风射流大多属于多股非等温受限湍流射流,而一般的设计方法是在单股等温湍流送风射流规律的基础上,引入射流受限、射流重合和非等温射流修正系数,这种方法忽略了很多其他因素,如排风口的尺寸和位置、热源的性质和位置等,因此必然有一定的误差,在某些情况下甚至有很大的误差。若简单地将这种方法用于高大空间空调系统的气流组织设计,是不合适的。对于高大空间空调系统的气流组织设计,目前尚无成熟的理论和实验结论,主要研究手段是将气流数值分析和模型相结合。由于气流数值分析涉及室内各种可能的内扰、边界条件和初始条件,因此能全面地反映室内的气流分布情况,从而便于确定最优的气流组织方案。 1大空间气流组织的研究意义 对于现代的工艺空调车间，不但要满足工艺方面的要求，而且还要营造良好的室内人工环境。在生产过程中必须保证生产工艺所要求的温度、风速、湿度，为生产提供条件，同时也要求提供合适的新风量，保证一定的洁净度和噪声标准，为工作人员提供良好的工作环境。在各类工艺空调建筑内，空气调节是实现这些人工环境的最佳手段。在大空间空调中，经过处理的空气由送风口进入，与室内空气进行热湿交换，经过回风口排出。空气的进入与排出，必然引起室内空气的流动，而不同的空气流动状况有不同的空调效果，合理组织室内空气的流动，使室内空气的温度、湿度、流动速度等能更好地满足工艺要求，符合人们的舒适感觉。由此可见，大空间气流组织直接影响室内的空调效果，是关系到工作区的温湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度及洁净度和人们舒适感觉的重要因素，是空气调节的重要环节，对其进行研究己口渐成为一项重要的课题。 2大空间建筑室内气流组织有限元法数值模拟 2.1物理模型假设 机械通风房间内的空气流动多属于非稳态湍流流动,直接模拟尚不现实。在解决实际问题时,需要对物理模型进行一定的假设和简化处理。笔者作了以下假设:1)室内空气为低速不可压缩气体,且符合Boussinesq假设;2)室内空气流动为准稳态湍流流动;3)忽略能量方程中由于黏性作用引起的能量耗散。4）控制方程求解与罚函数的采用应用K-ε两方程模型模拟湍流,加上连续性方程、动量方程、能量方程组成控制方程组。方程组中空气密度ρ=1.1941kg/m3,黏度μ=1.81×10-5Pas,6个经验系数的取值如下:Cμ=0.09,C1=1.44,C2=1.92,σT=0.9～ 1.0,σK=1.0,σε=1.3。对流场控制方程用有限元法求解。为防止病态方程组出现,本文采用罚函数法。罚函数模型是压力速度模型的变形形式,把连续方程作为罚函数约束导入动量方程从而消去压力项,得到只有速度项的动量方程,即令p=-λp(v)(1)式中λp是罚参数。在求解其他变量之前,将压力从全部未知量中消去,这将减少求解未知量的数目。压力在其他变量求出后重新求得。 2.2各种送风方式下大空间室内气流组织数值模拟 2.2.1下送风方式(置换通风)室内气流组织模拟 置换通风气流组织的影响因素很多,例如热源的大小和位置、送风温度以及障碍物的高度和位置等。由于长方体内热源模型的假设不能很好反映置换通风的流动特点,所以在此将内热源简化为一个处于房间底部正中间的面积为0.4m×0.4m的面热源,热源温度为40℃。为了模拟热源气流的上升,假设送风速度为0.3m/s,考虑冷气流的特点,假定地面温度为22℃,其余边界条件与前文相同。置换通风的送风温差一般为2～4℃,本文取4℃,则送风温度为22℃,送风速度为0.25m/s,送风口尺寸为1.0m×0.5m。尺寸为1.0m×0.5m的回风口布置在屋顶靠近置换装置的一侧,回风速度为0.35m/s。模拟显示z=0.1m断面上平均温度为22.66℃,平均速度为0.025m/s。 2.2.2边界条件的处理 室内温度设定为(26±2)℃,内墙的温度设定为26℃,外墙为26.5℃,屋顶为26℃。人体和设备的发热功率之和为600W。本文应用有限元的非统一网格,在人体和设备周围、外墙附近及风口附近对网格进行加密,在壁面附近采用壁面函数法。非线性方程组由FIDAP(流体力学有限元软件包)的求解器通过迭代求解。 2.3五种送回风方式室内气流分布特性评价 对舒适性空调来说,评价标准不外乎舒适性和经济性两个方面,前者是对气流在工作区形成的温度场、速度场能否满足人员的卫生和舒适要求的评价,后者则考虑为消除工作区的余热,送风的耗冷量是否最低。对气流组织性能有多种评价指标,如温度不均匀系数kt,速度不均匀系数kv,符合给定条件测点比例数F,以及能量利用系数η等。 3送回风参数对地面附近温度场和速度场的影响 前面我们对子午胎车间在冬夏两季最不利情况下进行了气流组织模拟预测，并对其设计效果进行了评价，结果表明原来的设计将使车间内冬季温度偏高，夏季温度偏低，不利于节能。这一章中我们将对夏季最不利工况进行研究，模拟预测子午胎车间在不同送风参数和回风口高度下的温度场和速度场，对比分析找出最佳送风参数和回风口高度，力图得出同类大空间车间的设计规律。 4结论 从流场情况看,上送风的几种形式中,百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调有相似的气流流动规律,但分层空调较为节能;喷口送风工作区平均温度、速度均较低,垂直温差、不均匀系数均较小,能量利用系数较大;散流器顶送下回方式气流在整个空间的分布较均匀,可较好地减少内热源对周围环境的热影响(z=1.1m平面上最高温度值比其他方式小),但其平均速度较大,在风口下部的人有吹风感;百叶
室内气流分布
第10章室内气流分布 10.1 对室内气流分布的要求与评价 10.1.1 概述 空气分布又称为气流组织。室内气流组织设计的任务就是合理的组织室内空气的流动与分布，使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好的满足工艺要求及人们舒适感的要求。 空调房间内的气流分布与送风口的型式、数量和位置，回风口的位置，送风参数，风口尺寸，空间的几何尺寸及污染源的位置和性质有关。 下面介绍对气流分布的主要要求和常用评价指标。 10.1.2 对温度梯度的要求 在空调或通风房间内，送入与房间温度不同的空气，以及房间内有热源存在，在垂直方向通常有温度差异，即存在温度梯度。 在舒适的范围内，按照ISO7730标准，在工作区内的地面上方1.1m和0.1m 之间的温差不应大于3C (这实质上考虑了坐着工作情况)； 美国ASHRAE55-9标准建议1. 8m和0. 1m之间的温差不大于3C (这是考虑人站立工作情况)。 10.1.3 工作区的风速 工作区的风速也是影响热舒适的一个重要因素。在温度较高的场所通常可以用提高风速来改善热舒适环境。但大风速通常令人厌烦。 试验表明，风速<0.5m/s时，人没有太明显的感觉。我国规范规定：舒适性空调冬季室内风速〉0.2m/s，夏季〉0.3m/s。工艺性空调冬季室内风速 > 0. 3m/s，夏季宜采用0.2-0.5m/s 。 10.1.4 吹风感和气流分布性能指标 吹风感是由于空气温度和风速(房间的湿度和辐射温度假定不变)引起人体的局部地方有冷感，从而导致不舒适的感觉。 1. 有效吹风温度EDT 美国ASHRAB有效吹风温度 EDT(Effective Draft Temperature)来判断是否有吹风感，定义为 EDT (t x t m) 7.8( x 0.15) (10-1) 式中t x,t m--室内某地点的温度和室内平均温度，C； v x--室内某地点的风速，m/s。 对于办公室，当EDT=-1.7~l C, V x V 0.35m/s时，大多数人感觉是舒适的，小于下限值时有冷吹风感。 EDT用于判断工作区任何一点是否有吹风感。 2. 气流分布性能指标ADPI 气流分布性能指标 ADPI (Air Diffusion Perfomanee Index 区内 )，定义为工作各点满足EDT和风速要求的点占总点数的百分比。 对整个工作区的气流分布的评价用 ADPI来判断
空调房间室内气流组织模拟(ｆｌueｎｔ）
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:
模型[1] m s,送风温度为?如图,房间左下角有一个空调，送风和回风方向如图所示。送风速度为1/ 25℃,壁面温度为30℃。 1．建立模型及网格划分 ①建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上,这里直接读入网格文件hvac-ｒoｏｍ.ｍsｈ。 ②读入网格后应检查网格及网格尺寸,通过Meｓh下的Check和Ｓcａle进行实现,这里不做详细描述。 2．求解模型的设定 ①启动FLＵEＮT。启动设置如图,这里着重说说DoublｅPrecｉｓｉon(双精度)复选框,对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。 [1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:312-317
a.几何特征包含某些极端的尺度(如非常长且窄的管道）,单精度求解器可能不能 足够精确地表达各尺度方向的节点信息。 b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特 别大(因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动。 c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格,使用单精度求解器可能会遇到收敛 性不佳或精确度不足不足的问题,此时,使用双精度求解器可能会有所帮助。 ②求解器设置。这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。如图: 下面说一说Pressｕｒe－based和Deｎsitｙ－baｓed的区别:
毕业设计说明书 作者：学号： 学院： 系(专业)：热能与动力工程 题目：空调房间气流组织数值模拟和优化指导者：讲师 (姓名) (专业技术职务) 评阅者： (姓名) (专业技术职务) 2012 年 6 月2 日 毕业设计（论文）中文摘要
毕业设计（论文）外文摘要 Title Numerical simulation of air-conditioned room air distribution and optimization Abstract Airflow-organizing in air-conditioned indoor air environment, air quality has an important effect is directly related to the indoor temperature, area, flow rate and air-conditioning energy consumption is an important part of the air-conditioned. Effective ventilation and airflow organization has an important significance for improving indoor air quality, to ensure the realization of healthy buildings, healthy comfort air conditioning. The main factors to affect the flow in room inlet velocity, the location of the air inlet into the return air relative position Firstly, the establishment of a physical model and mesh using Gambit software, and numerical simulations using Fluent software, said in an intuitive way the temperature field and velocity field of airflow under different air distribution program, analyzing the draw for office and other similar air-conditioned room, Side of the send side back, on sending the next time, on to send back, next to send back to the four air distribution are more appropriate. But the better Side of the send side back and on to send back on the air current forms of organization. Keywords：Airflow-organizing;Numerical simulation; Turbulence model;Temperature field;Velocity field.
洁净室气流组织
————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: ?
洁净室气流组织 摘要:洁净室为了达到其所要求的洁净度级别需要三个条件:一是性能良好的高效过滤器，二是足够的送风量,三是合理的气流流型;而使用合理的气流流型能够有效地减少送风量。本文主要叙述洁净室涉及到的气流组织,以及矢流洁净室用于医院洁净病房空调的可行性，并阐述了空态下矢流洁净室内洁净度的测量结果、矢流洁净病房静态下气流场的测量结果和矢流洁净病房点污染源散发实验结果。 关键词：洁净室、气流组织、矢流洁净室 洁净室就其控制的对象来说,分工业洁净室和生物洁净室两大类。各类洁净室控制微粒污染的途径是相同的，这类途径主要体现在以下几方面[1]:1、有效地阻止室外的污染侵入室内或有效地防止室内污染物扩散至室外。这是洁净室控制污染的最主要途径,主要涉及空气净化处理的方法、室内的正压等。2、迅速有效地排除室内已经发生的污染,这主要涉及室内的气流组织,也是体现洁净室功能的关键。3、控制污染源,减少污染发生量，这主要涉及发生污染的设备的设置与管理和进入洁净室的人与物的净化。 洁净室气流组织的类型按其气流状态来区分,主要分为非单向流洁净室、单向流洁净室和矢流洁净室（也称辐流洁净室)[2]。 1、非单向流洁净室的工作原理(也称乱流洁净室原理） 非单向流洁净室的主要特点是从来流到出流从送风口到回风口之间气流的流通截面是变化的，洁净室截面比送风口截面大得多,因而不能在全室截面或者在全室工作区截面形成匀速气流。所以，送风口以后的流线彼此有很大或者越来越大的夹角,曲率半径很小,气流在室内不可能以单一方向流动,将会彼此撞击,将有回流、涡旋产生。这就决定非单向流洁净室的流态实质是突变流非均匀流。所以,概括地说，非单向流洁净室的作用原理是当一股干净气流从送风口送入室内时,迅速向四周扩散、混合,同时把差不多同样数量的气流从回风口排走,这股干净气流稀释着室内污染的空气,把原来含尘浓度很高的室内空气冲淡了,一直达到平衡。所以，气流扩散得越快,越均匀,稀释的效果就越好。非单向流洁净室的原理就是稀释作用。 2、单向流洁净室的工作原理(曾被称做层流洁净室） 在洁净室内，从送风口到回风口，气流流经途中的断面几乎没有什么变化,加上送风静压箱和高效过滤器的均压均流作用,全室断面上的流速比较均匀，在工作区内流线单向平行,没有
不同送风方式下室内气流组织及颗粒物分布的模拟实验研究随着经济发展和科技技术的不断提高,人类的生活水平也随之上升,人们对 生活物质方面的消费更加注重品质。空调系统给人们带来室内舒适的环境,也起到通风除污的效果,为人们工作和居住带来一个健康舒适的空间。在节能与健康的基础上,我们通过实验和模拟等方式来对空调系统进行研究,以提出新的观点 和方法,为人们的健康发展做出努力。本文首先介绍不同气流组织形式及气流组织形式的评价指标,详细介绍本文研究中所使用的实验系统及测量系统,并介绍 了仿真软件Fluent及模拟所应用的物理模型,本文采用RNG k-ε模型与壁面函 数法作为室内空气流动的湍流模型。 本文分别进行了双侧送上回和双顶送上回的实验,通过改变回风口位置和不同风机频率,研究室内气流组织变化情况。分别测得各实验工况下的室内速度场和温度场,并对数据进行整理分析,研究表明,对于改变风口位置实验,除送风口 射流对面墙附近位置以及风口位置的速度场和温度场有所变化,其他位置并无影响。而改变风机频率之后,室内的速度场和温度场有明显变化,但是气流组织形式基本不变。通过建模、划分网格,计算采用的边界条件假设尽量符合实验要求, 利用Fluent模拟软件进行计算,将实验和模拟结果进行分析和对比,找出实验中存在的误差,同时也验证了模型的可靠性。 应用该模型研究了室内存在挡板时不同送风方式下,室内颗粒物的扩散情况。通过改变颗粒物粒径大小以及颗粒物产生源的不同位置来进行对比和分析,计算了不同工况下室内的通风效率以及能量利用系数。以此来综合评价不同的气流组织形式在改善室内空气品质方面的差异。研究表明:挡板的存在影响侧送风气流流动,使得室内颗粒物不容易排出,由于顶送风位置与挡板在同一截面,所以顶送风受影响较小。 增大颗粒物直径,由于重力影响,大颗粒物有明显“惰性”,并不容易排出室内。降低颗粒物释放源位置后,侧送风变化效果并不明显,而顶送风则变化较大。