基于数值模拟的教室空调末端送风方式的研究

工位空调送风气流数值模拟风口模型的比较摘要：对工位空调送风进行数值模拟时需要引入入口边界条件,即建立风口模型。

作为比较，文中选择了两种风口模型，即基本模型和计算机直接模拟风口形成入口边界条件的方法。

并通过实验验证对模拟结果进行了分析比较，发现采用计算机直接模拟风口形成入口边界条件的方法具有相对较高的精度，不但在室内气流模拟中得到了较好的结果，而且也对风口内的气流做出比较好的描述。

关键字：计算流体力学风口模型工位空调1 引言通常空调系统送风装置的几何形状比较复杂，相对于空调房间的几何尺寸而言则比较小。

为了能够详细地反映送风口的情况，在进行数值模拟时，风口处网格必须划分至毫米数量级，而在模拟室内气流时，计算区域则达到米的数量级，要实现两者的协调必然导致产生巨大数量的网格，这就对计算机的性能提出了非常高的要求。

基于这个原因，很多学者对风口入流边界条件进行了简化，产生了许多风口模型。

目前比较广泛使用的风口模型主要包括基本模型、动量方法、盒子方法和指定速度方法。

通常这些模型对末端送风装置的特性不予考虑或考虑得不够，模拟主要是针对室内的气流运动而进行的，而没有模拟送风装置内部的气流。

由于人们通常关注的是射流的回流区，这种简化是允许的，在某些情况下也得到了较好的结果，同时又节省了计算时间。

工位空调相对于其他的空调系统来说具有自己的特点，其末端装置距人体较近，人的工作区处于射流区，而不是像普通空调那样处于回流区。

因此对风口进行充分的细节描述对于了解工作区气流分布具有非常重要的意义。

为了寻找一种合理有效的风口模型进行工位空调的模拟，本文设计了一套实验装置进行了实验研究，并选择了两种风口模型分别对实验工况进行了模拟研究，随后进行了对比。

2 实验系统本次实验在人工环境实验室内进行，送入的空气在相对封闭的空间内形成循环，小室内无明显热源，且围护结构保温隔热性能良好。

实验小室布置见图1。

实验系统不另外设置回风口，而将房门作为排风口。

空调风口设计中的流体力学数值模拟研究空调是现代生活中不可或缺的一部分，尤其是在炎热的夏季。

然而，很少有人会关注到空调中风口设计的复杂性，以及其中涉及的流体力学数值模拟研究。

风口设计的好坏会直接影响空气流通的效果，进而影响室内温度、湿度、舒适度等方面，值得我们深入研究。

空调内部的风口设计，是考虑室内空气的流体力学行为而进行的。

因此，在设计过程中进行数值模拟以分析空气流动规律和优化方案，有助于提高设计的效果。

数值模拟分为两个层面，一是稳态流动，一是瞬态流动。

在深入研究之前，先简单介绍一下二者的不同。

稳态流动是指所研究的物质状态和运动特征在一定时间内不发生变化，通俗来讲就是物体的状态和运动趋势相对稳定。

在空调中，稳态流动的数值模拟主要是为了评价气流的速度、流量、压力等，从而确定风口和送风口的形状、大小、位置，以达到合理的空气流通效果。

瞬态流动的数值模拟则是研究物理场随时间的演化过程，通俗来讲就是物体的状态和运动趋势发生了变化。

在空调中，瞬态流动的数值模拟主要是为了研究气流如何影响、反馈/调控室内温度、湿度、舒适度等。

在进行空调风口设计的数值模拟时，首先需要进行流场分析，以确定送风口位置和送风口大小，并决定出风口设计方案。

分析这里涉及到的领域包括：流速场、压力场、温度场、湿度场等，需要综合考虑，打破不同场之间的障碍，做好多重耦合模拟。

这样可以更加精确地模拟室内气流场，实现较好的均流效果，避免出现过大或过小的气流速度局部梯度差，造成局部死角。

为了对这些模拟数据进行验证，需要对比实际数据。

在实际的测试过程中，需要通过各种方法来衡量室内的气流流场特征参数，这样就可以更加准确更全面地评估室内气流流场的均匀性。

常用的测试手段包括：风速计、热像仪、颗粒追踪仪等，都可以使我们对室内气流流场有一个较好的感性认识，。

通过以上步骤，空调风口设计中的流体力学数值模拟得到持续改进和发展。

从单一静态的均匀气流送风，到动态的打破屏障、优化送风方式，数值模拟在空调风口设计中扮演着越来越重要的角色。

吸顶式空调送风形式对室内流场影响的数值模拟在进行数值模拟时，首先需要建立室内空间的几何模型。

可以使用计算机辅助设计软件或三维建模软件来绘制室内空间的几何形状，包括墙壁、地板、天花板等。

接下来，在室内几何模型上应用网格生成算法，将空间划分为小网格，以便进行离散化计算。

网格的密度可以根据实际情况进行调整，通常在吸顶式空调出风口附近的区域会更密集。

在模拟过程中，需要考虑流体和热的传导、对流和辐射等多个物理过程。

可以使用计算流体力学（CFD）方法进行模拟，通过求解流体流动的Navier-Stokes方程和能量传递的能量方程，来预测空气的流动和温度分布。

模拟时需要设置合适的边界条件，包括室内墙壁和地板、出风口和回风口等。

墙壁和地板可以设置为绝热边界，即温度不发生变化；出风口可以设置为出口边界条件，根据实际情况指定出风的速度、温度和湿度；回风口可以设置为入口边界条件，根据实际情况指定回风的速度、温度和湿度。

在模拟过程中，可以使用不同的求解器和网格划分方法，以及考虑不同的物理过程和边界条件，进行多个不同情况的模拟比较，寻找最优的送风参数。

例如，可以通过改变出风速度、温度和湿度，以及通过增加回风口的数量和位置，来优化室内的流动和温度分布。

模拟结果可以使用流线图、温度分布图和速度矢量图等形式进行展示和分析。

通过观察模拟结果，可以了解吸顶式空调对室内流场的影响。

例如，可以观察冷风的传播范围和速度分布，以及室内的温度分布，来评估吸顶式空调的舒适性和能效。

总之，通过数值模拟可以对吸顶式空调的送风形式对室内流场的影响进行研究和分析。

这有助于优化吸顶式空调的设计和使用，提高室内空气的舒适性和能效。

同时，数值模拟方法也可以应用于其他送风形式的研究和分析，为改善室内环境质量提供科学依据。

办公室空调个体送风的可行性分析与数值模拟摘要：办公室内局部区域的全新风空调送风可以根本改善呼吸区域的空气品质，本文从送风系统、气流组织、能量消耗三方面阐述全新风个体送风的可行性，对个体送风末端装置的送风流场进行计算机数值模拟和预测，为经历了抗击“非典”之后的办公室空调系统提供参考数据和调整方案。

关键词：室内空气品质全新风局部空调个体化送风呼吸区域1.关注室内空气品质二十世纪七十年代的全球性能源危机，使制冷空调系统这一能源消耗大户面临严峻考验，节能降耗成为空调系统设计的关键环节。

当时空调系统的节能措施之一就是减少入室新风量，但这一措施使室内空气品质受到影响，为了降低空调能耗，人们一方面提高建筑物的气密性和热绝缘性，同时降低室内最小新风量标准，导致室内有害污染物由于得不到新风稀释而浓度提高，以致长期在室内工作的人们，出现头晕、恶心、胸闷、乏力、皮肤干燥、嗜睡、烦躁等症状，统称为“病态建筑综合症”。

由于室内空气品质下降，造成工作效率低下。

现代人生活和工作形态发生了变化，据统计，在办公室工作的人们有80%的时间处于室内，30%以上的时间处于办公室，而室内某些污染物浓度又超过室外，人们开始认识到高品质的空气是室内人员健康的保障，因此对室内空气品质的关心和警觉日益增强。

二十世纪八十年代以来，制冷空调步入一个新的发展阶段，新阶段的标志之一就是由舒适性空调向健康空调的变革。

室内空气品质已成为现代建筑科学的前沿研究课题，它涉及医学卫生、建筑环境工程、建筑设计等多方面，该研究的目的是创造一种卫生、健康、舒适的室内环境。

2.提高空调系统的新风效率在很多的空调房间中,所提供的室外空气为30 m3/(h·p)左右,其中只有约0.1 L/(s·p) 即约1%的新风被人体吸入[1]，而其余的99%并没有得到利用，浪费是很大的。

根据通常的工程实践，清洁空气和与污染物的充分混合似乎是理想的，通过置换通风系统，使通风效率稍有提高。

多孔板送风末端流量与管路阻力特性的数值模拟
徐旭;张旭
【期刊名称】《制冷技术》
【年(卷),期】2009(029)002
【摘要】本文对于圆柱面孔板的阻力特性进行数值模拟,拟合出其阻力特性随开孔率变化的曲线.得出了圆柱面孔板与平面孔板送风末端兼有的管路的流量分配和阻力特性.并提出当管路中存在变阻力系数的阻力件(比如阀门)时的水力计算方法,对于解决此类问题有一定的参考价值.
【总页数】4页(P34-37)
【作者】徐旭;张旭
【作者单位】同济大学,暖通空调及燃气研究所,上海,200092;同济大学,暖通空调及燃气研究所,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TB6
【相关文献】
1.基于数值模拟的教室空调末端送风方式研究 [J], 刘洋;刘良宏
2.并联管路气液两相流量均布特性数值模拟研究 [J], 万智华;朱蒙生;蔡伟华;王国平;陈宏振;
3.低流量微管末端液滴形成及破碎的数值模拟 [J], 贺丽萍;夏振炎;姜楠
4.并联管路气液两相流量均布特性数值模拟研究 [J], 万智华;朱蒙生;蔡伟华;王国
平;陈宏振
5.隔板工位送风末端气流组织数值模拟研究 [J], 孔培婷;王丽娟;张凯歌
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空调房间气流组织的数值模拟研究摘要：随着社会的进步和经济的发展，人们的生活水平不断提高，对居住和工作的建筑环境有了更高的要求，因而对通风空调技术也提出了更高的要求，空调效果成了人们关心的重点。

空调室内的气流组织直接影响着空调系统的使用效果，是关系着房间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清洁程度和人们舒适感觉的重要因素，是空气调节的一个重要的环节。

本文采用CFD方法，对办公室空调房间内的气流组织进行三维数值模拟计算，并对模拟的结果进行分析讨论。

关键词：气流组织；数值模拟；速度场；温度场1物理模型本文所研究的空调办公室房间尺寸为6.8m×6.0m×4.0m，柜式空调机送风口的尺寸500mm×300mm，送风口中心距地1.55m，回风口的尺寸为500mm×500mm，回风口贴地。

立式空调机斜侧放置在墙角，与墙壁成45°夹角。

空调房间有11台计算机、11个人员、4盏荧光灯等热源。

为了简化计算，计算机为400mm×400mm×400mm的正方体模型，其中心距地1m；人员为坐姿，为一个400mm×400mm×1200mm的长方体模型；荧光灯为50mm×50mm×1200mm的长方体模型，距地2.6m，白天不考虑灯光照明。

坐标原点为房间的几何中心。

简化的物理模型如图1。

图1房间的物理模型2数学模型为了简化问题，作如下的假设：（1）室内气流为不可压缩常物性牛顿流体，稳态湍流流动，且符合Boussinesq假设；（2）不考虑太阳辐射以及房间内部各表面的辐射换热影响，固体壁面上满足无滑移条件，在计算模型中不考虑；（3）门、窗、墙壁密闭性好，不考虑漏风的影响。

根据实际情况采用的计算方法是由Launder和Spalding等提出的k双方程模型。

模型的控制方程为：①连续性方程（1）式中，ui 为xi方向上的时均速度，m/s。

科技创新TECHNOLOGICAL INNOVATION0971室内空气气流组织方式调研1.1室内空气气流组织方式随着社会发展，人们对环境的舒适度要求越来越高。

日常生活中会出现这样的情况，相同条件下，送、回风方式不同，会对空调效果产生不同的影响。

因此，在空调房内合理布置送、回风口，进而使得工作区形成比较均匀而稳定的温湿度、气流速度、洁净度等，以满足人们对房间舒适度的需求[1]。

一般来说，室内气流按照送、回风方式的变化分为四种形式：混合流、短流、置换流、活塞流，其中，活塞流在实际生活中很少应用。

通过对三种通风方式的调研可知，置换通风具有较高的通风效率，同时保证室内工作区实现较高的空气品质和热舒适性。

1.2国内室内气流组织研究基于空调的实际应用情况，很多国内外学者都曾针对气流组织与舒适性之间的关系开展了大量的研究。

其中，国内学者主要通过调研、实验或模拟的方法，对不同通风方式进行模拟分析，为工程实际提供参考。

比如，贾庆贤采用调查分析的方式，对自然风和机械风两种吹风模式进行了对比分析；袁东升通过数值模拟，提出同侧上送下回的送风方式更有利于产生理想的室内气流；赵云超考虑送风的角度和风速对气流的影响，并通过模拟的方式得到了合理数据；李萌颖模拟了家用分体式空调器工作时有无新风对室内气流的影响。

2数值模拟方式调研2.1国外数值模拟研究进展国外学者基于理论研究，早在1970年就有丹麦的学者Nielse PV首次运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）技术计算出了室内气流的射流速度，其结果与实验数据相差不大。

1976年Chen基于三维计算，使用原始变量法模拟出了三维室内气流的运动。

1983年Martin考虑采用CFD技术来优化大空间空调系统的设计，并计算出某大空间（电视播送室）内的室内气流分布情况。

1984年Ishihu和Kaneki利用CFD 技术，通过分析室内污染物浓度的分布，研究如何提高室内通风效率问题。

变风量末端装置的基于IPSA-DE算法室温PIλDμ-送风量PI串级控制器的数值仿真李鹏波;李绍勇;吴宗礼;李海林;魏先宏【摘要】目前,空调房间配用的变风量末端装置(Variable Air Volume Terminal,VAV-TMN)往往采用整数阶PID-P串级调节方式,这带来了室温控制误差和超调量较大以及调节时间较长等问题.鉴于此,提出了空调VAV-TMN的室温分数阶PID-送风量PI的串级调节器设计方法.首先,综合分析空调工艺和自动控制的相关要求,对室内温度对象、温度和风量测量变送单元、送风量执行单元分别进行建模,确定主控制器为室温分数阶PID控制器(Indoor Temperature Fractional Order Proportional Integral Derivative Controller,IT-FOPIDC)和副控制器为送风量PI控制器(Sending Air Volume Proportional Integral Controller,SAV-PIC)的控制策略.其次,基于改进的自适应差分进化(Improved Parameter Self-adaptive Differential Evolution,IPSA-DE)算法来分别整定出IT-FOPIDC和SAV-PIC的控制参数最佳值.最后,借助MATLAB/Simulink工具,对该空调VAV-TMN的室温PIλDμ-送风量PI串级调节系统进行组态和数值模拟相应的控制效果.结果表明,该串级控制系统在理论上是可行的,且室温的控制效果明显优于基于Ziegler-Nichols整定法和DE算法的整数阶室温PID-送风量PI串级调节系统.【期刊名称】《制冷与空调（四川）》【年(卷),期】2018(032)004【总页数】8页(P428-434,450)【关键词】空调变风量末端装置;室温分数阶PID控制器;串级控制;改进的参数自适应差分进化算法;数【作者】李鹏波;李绍勇;吴宗礼;李海林;魏先宏【作者单位】兰州理工大学土木工程学院兰州 730050;兰州理工大学土木工程学院兰州 730050;兰州理工大学土木工程学院兰州 730050;兰州理工大学土木工程学院兰州 730050;兰州理工大学土木工程学院兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TU83空调系统（Air-conditioning System，ACS）在建筑空间的广泛应用，满足了人们对房间温度、湿度和洁净度等的舒适性需求，提升了工作与学习效率和生活品质。