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体育馆类高大空间的气流组织设计难点及对策赵 彬 李先庭 马晓钧 彦启森(清华大学建筑学院建筑技术科学系)摘 要 文中讨论了体育馆类高大空间气流组织的主要形式及设计难点,并从工程应用的角度给出了相应对策:指出用计算流体动力学(CFD)的方法进行体育馆类高大空间的气流组织设计具有很大优势,并提出了利用CFD进行高大空间气流组织设计的思路。
关键词 体育馆 高大空间 气流组织 计算流体动力学(CFD)THE DIFFICU LT Y AN D SOL UTION OF IN DOOR AIRFLOW PATTERNDESIGNING FOR G YMNASIUMZHAO Bin L I Xianting MA Xiaojun YAN Qisen(Dept.of Building Science,Tsinghua University,Beijing,CHINA,100084)ABSTRACT The paper presents the main types of airflow pattem gymnasium and discusses the difficulty of designing airflow pattem inside large of this type.Then anew idea of airflow pattem designing based on CFD is proposed,while an example is showed with it.KE Y WOR DS airflow pattern,CFD,gymnasium1 引言 随着我国经济建设的迅速发展,国力不断增强,我国的体育事业也随之蓬勃发展。
尤其是近年来,我国体育健儿在国内外赛场屡创佳绩,同时广大群众也积极参与全民健身活动,不断追求健康向上的高素质生活。
在这种背景下,我国对各类体育设施,特别是体育馆建设的投入不断加大。
零方程湍流模型1. 引言湍流是在许多自然和工程现象中存在的一种复杂的流动形式，它的具体表现是流体中的旋涡和涡旋。
湍流的存在使得液体和气体的运动变得更加不稳定和难以预测。
因此，对于湍流的研究一直是流体力学和工程学领域的热点问题之一。
目前，湍流模型已成为解决复杂流体问题的基本工具。
在湍流模型中，零方程模型是比较简单而又有效的一种模型。
本文将对零方程湍流模型进行简单介绍和分析。
2. 零方程湍流模型零方程湍流模型是一种基于湍流速度涡度的方程模型，该模型的基本思想是假设湍流的运动状态可以用一个平均的涡度来描述。
因此，湍流涡度的变化是主要研究对象之一。
根据这种思路，湍流速度涡度方程中只包含了一项未知数，也就是湍流涡度的方程式，而其他反映物质运动规律的方程则通过平均流动速度场来进行描述。
零方程湍流模型的主要优点是模型结构简单，对于大多数工程应用来说是比较快速并且准确的。
在一些涡流类型的问题中，零方程湍流模型的计算精度已经接近了更复杂的湍流模型。
3. 零方程湍流模型的局限性虽然零方程湍流模型存在着很多优点，但是也有着一些明显的局限性：3.1. 对流动情况的限制零方程湍流模型很难适应具有强非线性和强耦合性的湍流问题。
在这种情况下，模型并不能给出足够准确的结果。
3.2. 缺乏固体壁面模型由于零方程湍流模型只包含湍流涡度方程，因此模型缺乏固体壁面的相关信息，对于具有粘性流动的情况，其精度不如其他类型的湍流模型。
4. 零方程湍流模型的应用在工程领域，零方程湍流模型应用非常广泛。
例如，汽车设计中的风阻计算、船舶设计中的阻力计算、建筑物外形设计中的空气流动计算等等。
此外，零方程湍流模型在气象、环保、化工等行业也有广泛的应用。
5. 结论零方程湍流模型是一种比较简单而有效的湍流模型。
在具有一定湍流涡度的流动问题中，其计算精度和计算速度表现均比较良好。
然而，该模型依然存在一定的局限性，不能适用于非线性、耦合性较强的湍流问题。
对于不同的工程问题，需要选择合适的湍流模型。
flow simulation空气流动仿真例子流体力学仿真是一种非常重要的工程分析工具，它可以用来模拟和分析各种流体问题，例如空气流动。
空气流动仿真在许多工程领域都有广泛的应用，包括飞机设计、汽车设计、建筑物通风设计等。
在本文中，我们将以空气流动仿真为例，介绍一种流体力学仿真的基本流程。
1. 首先，我们需要准备仿真所需的几何模型。
对于空气流动仿真，这通常意味着我们需要准备一个建筑物或者设备的三维模型。
这个模型可以通过计算机辅助设计软件创建，或者通过3D扫描仪扫描现有的物体得到。
在创建几何模型的过程中，我们需要确保模型的准确性和完整性，以保证仿真结果的可靠性。
2. 接下来，我们需要对几何模型进行网格划分。
网格划分是将复杂的几何模型划分为小的几何单元的过程，这些小的几何单元被称为网格单元。
在空气流动仿真中，通常使用三角形单元或四面体单元来表示几何模型。
网格划分的质量对仿真结果有很大的影响，因此需要仔细地进行调整和优化。
3. 然后，我们需要设定仿真模型的边界条件和初始条件。
边界条件是指在仿真中规定的流体在几何模型边界处的条件，比如流体的入口速度、出口压力、墙面的壁面条件等。
初始条件是指仿真开始时流体的初始状态，比如流体的初始速度、温度等。
这些条件将直接影响仿真结果，因此需要根据实际情况认真设置。
4. 在完成了几何模型的准备、网格划分和边界条件设置之后，我们可以开始进行数值仿真。
在空气流动仿真中，通常采用的方法是求解雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS方程）。
这是一种描述流体运动的偏微分方程，可以用数值方法求解。
在数值仿真中，我们需要选取适当的求解器、网格和边界条件，并进行迭代计算，直到收敛到稳定的解。
5. 最后，我们需要对仿真结果进行后处理和分析。
这包括可视化仿真结果、提取感兴趣的参数和变量、与实验数据进行对比等。
通过对仿真结果的后处理和分析，我们可以得到对流体流动行为的深入理解，并为设计、优化和改进工程系统提供重要的指导。
方型散流器空调室内空气流动的数值模拟
赵彬;李先庭;彦启森
【期刊名称】《力学与实践》
【年(卷),期】2002(024)005
【摘要】用N点风口动量模型和一个新零方程湍流模型对某办公室方型散流器空调的室内温度场和速度场进行了模拟,并和实验数据进行对比.结果表明,计算所得速度和温度分布与实测值吻合得很好,所用的风口模型和湍流模型能快速地将方型散流器空调通风的温度和速度场合理地模拟出来,可用于指导和优化同类空调通风气流组织设计.
【总页数】3页(P25-27)
【作者】赵彬;李先庭;彦启森
【作者单位】清华大学建筑学院建筑技术科学系,北京,100084;清华大学建筑学院建筑技术科学系,北京,100084;清华大学建筑学院建筑技术科学系,北京,100084【正文语种】中文
【中图分类】TU83
【相关文献】
1.软管连接法在中央空调铝合金散流器安装中的应用 [J], 肖宁
2.散流器在FPSO空调系统设计中应用 [J], 安毓辉
3.软管连接法在中央空调铝合金散流器安装中的应用 [J], 梁文濠
4.方形散流器风口速度场数值模拟 [J], 刘刚;吴春燕
5.家用壁挂式空调器室内气流组织数值模拟分析 [J], 赵运超;朱萌萌;刘小生;费华
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ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2001年第41卷第10期2001,V o l .41,N o .1030 331092113用零方程湍流模型模拟通风空调室内的空气流动赵 彬, 李先庭, 彦启森(清华大学建筑技术科学系,北京100084)收稿日期:2000207205作者简介:赵彬(19742),男(汉),云南,博士研究生。
摘 要:利用带浮升力效应的k 2Ε湍流模型和一个新零方程湍流模型对某房间内空气的混合对流流动进行了数值模拟,通过比较发现,新零方程湍流模型与实验数据吻合得更好,且可以很快获得收敛解。
利用新零方程湍流模型对房间内的等温流动、非等温流动进行了模拟,发现数值计算结果和相应实验数据吻合得很好。
由此考察和验证了新模型对暖通空调领域中流动和传热问题的实用性和可靠性,可以利用该模型快速、精确地设计和分析暖通空调领域中的室内空气流动问题。
关键词:室内空气流动;数值模拟;湍流模型;零方程中图分类号:TU 834文章编号:100020054(2001)1020109205文献标识码:ASi m ula tion of i ndoor a ir f low i n ven tila tedroom by zero -equa tion turbulencem odelZH AO B in ,L I Xia nting ,Y AN Q ise n(D epart men t of Buildi ng Sc ience ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na )Abstract : M ixed convecti on flowin a ventilated room w assi m ulated using the k 2Εmodel and a new zero 2equati on turbulence model .Comparison of the num erical results and the m easured data show ed that the new zero 2equati on turbulence model gives mo re satisfacto ryresultsinsho rterti m e .T heiso therm alandnon 2iso therm al airflowin an air 2conditi oned room w ere thensi m ulated w ith the zero 2equati on turbulence model .T he si m ulated results agreed w ell w ith the experi m ents .T herefo re,the newzero 2equati onturbulence model is recomm ended fo r heating,ventilating and air conditi oning industry because it is quick and so efficiently accurate fo r engineering studies .Key words : indoo r airflow ;num erical si m ulati on;turbulencemodel;zero equati on model 1974年P .V .N ielsen 首先将计算流体动力学CFD (com p u tati onal flu id dynam ics )技术应用于暖通空调工程领域,如今,可以利用CFD 技术模拟预测空调房间内的空气流动,进行气流组织设计与分析。
用零方程湍流模型模拟通风空调室内的空气.. Simulationofindoorairflowinventilatedroombyzero-equationturbulencemodel
用零方程湍流模型模拟通风空调室内的空气流动:
4MIT零方程湍流模型的应用
采用MIT零方程模型可快速双不失工程上精度地对室内空气流动进行数值模拟。
为了考察该湍流模型在室内空气流动中的实用性，此处再给出几个不同类型的算例，以说明该模型在室内空气流动数值模拟中的优越之处。
计算工具为上述的清华大学建筑技术科学系自行开发的STACH-3。
4．1室内等温流动
采用的算例和实验资料是1990年Nielsen等人对图6所示的房间进行的测试数据8]。
该房间尺寸为：高度H=3.0m，长高比L/H=3.0，宽高比W/H=1.0，送风口高为h，h/H=0.056，回风口高为t，t/H=0.16，送风速度v0取为取为1.0m/s,水平入流。
此处将采有用X/H=1.0和X/H=2.0两个断面上，时均速度v沿高度方向Y的分布来进行对比和分析。
图6实验房间示意图
图7为上述两个断面上的实验结果和计算结果的对比，由图可以看出，对于等温流动，MIT 零方程模型仍然能取得和实验数据吻合得很好的模拟结果，并且，对于本次计算所用网格数（37×20×3），在PIII500，128M内存微机上只需3min即可获得收敛结果。
图7速度沿高度方向分布
4．2室内非等温流动
文9]为了验证房间通风情况数值计算的结果，进行了如下实验：在一间长×宽×高为4.2m×4.2m×2.8m的小屋内非等温送风，采用顶送风，送风口为宽度0.024m的条缝风口，回风口位于小屋右下角，高为0.05m.。
斜向下45°送风，送风量为0.06m3/s,送风温度为15.5℃，回风温度为22℃，送、回风温度为6.5℃，室内由电加热器模拟均匀分布热负荷19W/m3。
房间结构如图8所示。
图8实验及计算用房间示意图通常人们关心的只是工作区的温度和速度值，故实验所测点为房间正中（长度方向一半处，X=2.1m）高度依次为0.15m，0.6m，1.2m，1.8m处的温度和速度值。
利用前述模型进行计算，所得结果如图9所示。
由图9可见，各实验点与模拟值的速度差值均在0.08m/s以下；温度相差也很小，最大差值仅为0.8℃。
说明计算值和测量值吻合较好。
在前述计算机上，对于本次计算采用的网格数（24×16×14），大约计算10min即可收敛。
图9实验与计算值对比5讨论
通过以上分析得知，采用MIT零方程模型对室内空气流动数值模拟可以获得和实验数据吻合得很好的结果。
在CFD发展初
期，限于当时计算机技术的水平，对于湍流的模拟多采用简单的湍流模型，如普朗特混合长度模型等。
随着计算机技术的不断发展以及对湍流认识的提高，人们开始采用一些复杂的湍流模型，如常用的k-ε模型等。
但是实践表明，k-ε模型对很多问题仍不能获得满意的模拟结果，故出现了更为复杂的湍流模型，如Reynolds应力模型（RSM）、代数应力模型（ASM）等高阶封闭的模型。
这些模型需要求解的微分方程均在10个以上，对于工程中需要求解的复杂，三维耗时太多，无法满足工程应用快速的需要，而且，对于某些特定问题，这些复杂模型的模拟结果并不比简单模型模拟得效果好2.7]。
于是，近年来零方程等简单模型又为众多学者所重视。
需要指出的是，这些简单模型是建立在高级的湍流数值模拟技术基础上的，如上述的MIT 零方程模型即是借助直接数值模拟的结果提出的，这正表明了"否定之否定"的哲学原理。
当
然，由于零方程模型本身的局限性，它在特定领域内的适用性还需要在实践中接受进一步的检验。
6结论
1）对于室内空气自然对流和强迫对流共存的混合对流流动，采用MIT零方程模型能获得比带浮升力效应的k-ε模型更为准确的结果。
2）MIT零方程模型对室内等温和非等温流动能快速获得模拟结果，并能保证一定准确度，可以用于暖通空调工程室内空气流动的数值模拟，指导设计；
3）针对性强的零方程湍流模型对特定问题能比复杂湍流模型取得更好的结果，这可满足工程应用快速高效的要求，但其适用性需要在实践中进一步检验。
参考文献（References）
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用零方程湍流模型模拟通风空调室内的空气流动:。
