1、4 制冷與空調(diào) 2005 年第 1 期 高大空間分層空調(diào)室內(nèi)氣流的數(shù)值模擬 林素菊 劉小兵 （西華大學(xué) 【摘 蘇 華 溫曉軍 610039） 要】 分層空調(diào)是高大空間建筑典型的氣流組織方式。本文利用計(jì)算流體力學(xué)（即 CFD）方法對(duì)一個(gè) 典型裝有分層空調(diào)的高大廠房房間內(nèi)的三維氣流進(jìn)行了數(shù)值模擬。 其中， 使用標(biāo)準(zhǔn) k 系統(tǒng)的節(jié)能和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 模型， 運(yùn)用 SIMPLE 算法進(jìn)行離散。預(yù)測(cè)了房間內(nèi)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)，表明 CFD 模擬可以為分層空調(diào) 【關(guān)鍵詞】 高大空間; 分層空調(diào); CFD 數(shù)值模擬; k 模型 Numerical Simulation Of Air-Distribution

2、In A Delaminated Air-Conditioned Large Spaces Lin Suju Liu Xiaobing Su Hua Wen Xiaojun ( School of Energy and Environment, Xihua University 610039 【Abstract】 The delaminated air-conditioning is a typical airflow in a large space. 3D airflow in a typical delaminated air-conditioned large space was nu

3、merical simulated using CFD. The standard equations. The SIMPLE scheme is used here for numerical discretization. 【Key words】 large space; k turbulence model was used to solve It is predicted the velocity field temperature field. The result showed that CFD simulation can provide a basis for the ener

4、gy saving and design of delaminated air-conditioning. delaminated air-conditioning; CFD numerical simulation; k model 1、引言 高大空間建筑物的空氣調(diào)節(jié)具有其特殊 性，氣流存在明顯的分層現(xiàn)象，且垂直方向梯 1 度很大 。因此，要實(shí)現(xiàn)高大空間建筑室內(nèi)良 好的熱環(huán)境并節(jié)約能源，關(guān)鍵在于合理的氣流 組織。 分層空調(diào)是典型的高大空間建筑氣流組織方 式。分層空調(diào)是指僅對(duì)下部（或上部）區(qū)域進(jìn)行 2 空調(diào)， 而對(duì)上部 （下部） 區(qū)域不空調(diào)的空調(diào)方式 。 如圖 1 所示。 分層空調(diào)技術(shù)是 20

5、 世紀(jì) 6070 年代分層空 調(diào)技術(shù)在美國(guó)和日本已經(jīng)開始采用，而且節(jié)能效 果顯著。 我國(guó)自 1976 年開始在一些高大廠房中設(shè) 計(jì)了分層空調(diào)系統(tǒng)，如葛洲壩二江電站主廠房發(fā) 電機(jī)層、西安變壓器廠等。 分層空調(diào)適用于高大建筑，并且節(jié)能效果顯 著。有關(guān)文獻(xiàn) 指出，分層空調(diào)與全室空調(diào)相比， 最大可節(jié)省冷量 50，最小亦達(dá) 14。 傳統(tǒng)的氣流組織分析方法主要有 4 種方法： 射流公式；ZONAL MODEL（區(qū)域化模型） ； 模 擬 實(shí) 驗(yàn) ； CFD( 即 Computational Fluid Dynamics 計(jì)算流體力學(xué)方法。射流方法僅能給 出室內(nèi)分布的集總參數(shù)信息， 不能給出詳細(xì)資料， 并且不

6、適用于多種組合方式的氣流組織。區(qū)域化 模型實(shí)際上得出的只是一種相對(duì)“精確”的集總 結(jié)果，且在機(jī)械通風(fēng)的研究中還存在很多問(wèn)題。 模擬實(shí)驗(yàn)雖然能夠得到工作人員所需要的各種數(shù) 據(jù)， 但是需要較長(zhǎng)的試驗(yàn)周期和昂貴的試驗(yàn)費(fèi)用， 搭建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃馁Y很大，難于在工程中得到廣泛 3 圖1 分層空調(diào)氣流組織方式示意圖 應(yīng)用。CFD 具有成本低、速度快、資料詳細(xì)的特 林素菊，女，1979 年 12 月出生，西華大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院碩士研究生 2005 年第 1 期 制冷與空調(diào) 表1 模擬計(jì)算的邊界條件 尺寸 20m×16m×12m 4.5m 直徑 0.2m 5.5m/s 18 0.5m×

7、0.5m 0.4m×0.4m 備注 5 點(diǎn)，是預(yù)測(cè)室內(nèi)氣流組織的有力而現(xiàn)實(shí)的工具， 故其逐漸受到人們的青睞。 本文利用 CFD 方法對(duì)一高大空間廠房的分層 空調(diào)氣流組織方式進(jìn)行數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)高大廠房 內(nèi)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)。 2、數(shù)值模擬 2.1 物理模型 本文所研究的高大空間建筑物理模型 房間 分層高度 送風(fēng)口 送風(fēng)速度 送風(fēng)溫度 回風(fēng)口 排風(fēng)口 圓形噴口 水平 3、結(jié)果分析 通過(guò)模擬計(jì)算，得出速度向量分布圖、溫度 分布圖、速度軌跡線，分別如圖 3、圖 4、圖 5 所示： 圖 3 是通過(guò)某送風(fēng)口中心的建筑物寬度方向 縱斷面的速度向量圖。從圖 3 可以看出，從噴口 送出的高速射流大量進(jìn)入

8、房間后，由于射流作用 和房間下部出口的卷吸作用，在房間下部形成了 兩個(gè)比較對(duì)稱的旋渦，旋渦的存在使下部空調(diào)區(qū) 的空氣充分流動(dòng)，有利于調(diào)節(jié)下部的空調(diào)溫度和 不斷補(bǔ)充新鮮空氣。上部非空調(diào)區(qū)由對(duì)流產(chǎn)生沿 壁面空氣上升而在屋頂下方近外墻處也形成渦 流；小部分氣流在排風(fēng)和上部區(qū)的卷吸作用由下 向上運(yùn)動(dòng)。 圖2 分層空調(diào)示意圖 如圖 2 所示為一高大空間廠房，分層氣流組 織主要是由中部 4.5m 處雙側(cè) 12 個(gè)噴口送風(fēng)，噴 口直徑 0.2m，送風(fēng)速度 5.5 m / s ，房間下部均勻 回風(fēng)，回風(fēng)口 12 個(gè)，廠房上部非空調(diào)區(qū)頂棚中 央設(shè)置 6 個(gè)排風(fēng)口， 排除廠房?jī)?nèi)上升的熱氣流和 廢氣。 2.2 數(shù)學(xué)模型 高大空間室內(nèi)氣流的流動(dòng)狀態(tài)為湍流。模擬 4 采用的數(shù)學(xué)模型通用表達(dá)式如下 ： div(u = div( grad + S (1 圖3 室內(nèi)氣流組織的速度向量圖 式中， 為通用變量，S 為廣義源項(xiàng)， 為廣義擴(kuò)散系數(shù)。 本 文 采 用 的 湍 流 模 型 是 由 Launder and Splading