室內空氣凈化器氣流組織的數值模擬研究李喜玉劉偉龍〔珠海格力電器股份家電技術研究院廣東珠海519070〕摘要：用AIRPAK軟件模擬室內流場分布，并以速度不均勻系數為判據來分析各種情況下的流場；建立室內速度不均勻系數與潔凈空氣量的關系。關鍵詞：AIRPAK、速度不均勻系數、潔凈空氣量NumericalSimulationandResearchofAirflowDistributionfortheRoomwiththeAirPurifierLIXi-yu，LIUWei-long〔HouseholdElectricInstituteofGreeElectricAppliances,Inc.ofZhuhai，519070，Guangdong，China〕Abstract:AnairpurifierroomwasnumericalsimulatedusingAIRPAK,andinthesameroomanalysesvariouskindsofvalleydistributionwiththecriterionwhichisestablishedbyasymmetriccoefficientofvelocity.ThepurposeistoestablishancontextbetweenAsymmetriccoefficientofvelocityandCADR.Keywords:AIRPAK、Asymmetriccoefficientofvelocity、CADR0引言空氣凈化器的目的是為了更好的凈化空氣中的有害物質，潔凈空氣量、凈化效果和室內的流場分布有很大的關系。設計一款同種類型的空氣凈化器時，需要根據房間的面積(A)確定空氣凈化器的送風量，而目前送審的聯合企業標準中已經有根據房間面積確定潔凈空氣量〔CADR〕的標準：A=0.1*CADR，需要潔凈空氣量與送風量之間的關系，這樣就可以由房間面積來設計適宜風量的空氣凈化器，因CADR值是一個和室內氣流組織分布有直接關系的參數，室內氣流組織的分布目前還缺乏一種定量合理的評價體系，本文以速度不均勻系數評價室內氣流組織，所以，本文旨在建立潔凈空氣量和速度不均勻系數的關系曲線，根據該曲線可以得到相應的CADR值所需要的K值，然后我們根據房間大小建立模型，給定一系列的風量數值，用AIRPAK仿真得到該K值下所需要的風量數值，即是所需的空氣凈化器風量值ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王偉</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王偉</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">雙級壓縮空氣源熱泵熱水器系統的研究</style></title></titles><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">碩士</style></volume><dates><year>2006</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京工業大學</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1-2]。1Airpak簡介Airpak是FluentInc.公司推出的專門針對HVAC(暖通空調)領域開發的一款CFD軟件，專門為暖通專業設計，內置了許多模型，如房間、墻、風口、人員、熱源等，能夠自動網格化，能生成報表、動畫、功能雖然沒有Fluent全面，但比Fluent專業；其界面較粗糙，仍采用Fluent作為求解器。對于比擬規那么的建筑物的模擬比擬精確，對于特殊外形的建筑物建模過程比擬繁瑣，可以準確地模擬通風系統的空氣流動、空氣品質、傳熱、污染和舒適度等問題ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王偉</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王偉</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">雙級壓縮空氣源熱泵熱水器系統的研究</style></title></titles><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">碩士</style></volume><dates><year>2006</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京工業大學</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]。本文是應用AIRPAK軟件對空氣凈化器室內氣流組織進行仿真，并輸出室內各節點的速度數值，運用Matlab軟件進行編程，計算出室內流場分布的速度不均勻系數，從而指導空氣凈化器的方案定制。2評價標準和設計方案2.1室內氣流組織的評價標準設計一款空氣凈化器時，需要根據房間的面積確定空氣凈化器的送風量，而目前已送審的聯合企業標準中已經有根據房間面積確定潔凈空氣量的標準：A=0.1×CADR，需要潔凈空氣量與送風量之間的關系，這樣就可以由房間面積來選定適宜風量〔Q〕的空氣凈化器，而如何把CADR與Q聯系起來，就需要找和CADR、Q均有關系的合理的中間橋梁—速度不均勻系數〔k〕ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王偉</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王偉</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">雙級壓縮空氣源熱泵熱水器系統的研究</style></title></titles><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">碩士</style></volume><dates><year>2006</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京工業大學</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]。潔凈空氣量和房間體積、衰減系數有關，而深層次的應該是由空氣凈化器的凈化性能、室內氣流組織分布有關，對于一款凈化部件確定的空氣凈化器來說，就僅與室內氣流組織分布。而風量也與室內氣流組織分布具有直接的關系，k即是評價室內氣流組織的參數。流場的評價指標：kx=/〔1〕2.2設計思路ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王偉</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王偉</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">雙級壓縮空氣源熱泵熱水器系統的研究</style></title></titles><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">碩士</style></volume><dates><year>2006</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京工業大學</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4-5]這樣我們在設計一全新空氣凈化器之前可以根據以下的思路來制定這款空氣凈化器的方案：〔1〕針對一款固定凈化類型的空氣凈化器建立CADR和速度不均勻系數k之間的關系，建立CADR和k曲線，這種關系是通過實驗和仿真共同得到的。〔2〕設計所針對的戶型〔即房間面積S〕根據A=0.1×CADR得到CADR值，根據〔1〕得到相應的k值，最后利用AIRPAK及其仿真結果得到數據曲線進行估算，從而得到送風量Q。3實驗3.1實驗儀器實驗準備：空氣凈化器：待測風量、CADR；制冷研究院風量實驗室：用于空氣凈化器風量測試塵埃粒子計重儀YFB-036：CADR測試儀器；實驗艙：測潔凈空氣量室內塵埃初始濃度約10mg/m33.2CADR實驗方法在一個放置空氣凈化器的標準3.5m×3.4m×2.潔凈空氣量：表征空氣凈化器凈化能力的參數，用單位時間提供潔凈空氣的量值表示CADR=60V(ke-kn)〔2〕CADR——潔凈空氣量，單位為立方米每小時〔m3/h〕；V——測試房間的體積〔m3〕；ke——總衰減率〔min-1〕；kn——自然衰減率〔min-1〕。3.3實驗數據表1KJG300A凈化倉潔凈空氣量實驗電壓/V送風量m3/h功率WCADRm3/h能效等73160163.446.9701.49180195.357901.58200227.367.21041.55220257.2901481.64240282.3901491.66250293.8941601.704仿真測試艙的內部容積為30m3，內部尺寸為3.5m×3.4m×2.5m圖1測試倉、空氣凈化器、進出口幾何模型圖2Z=0.48m室內截面速度矢量圖從圖2上，肉眼感官很難定性定量的來衡量氣流組織的分布，本文，把AIRPAK計算出的室內各個節點的速度值輸出文件，并借助Matlab自行編程，一次求取室內平均流速、速度方差和速度分布不均勻系數；計算程序如圖3；表2Matlab編程計算所得速度平均值、速度方差表3Matlab計算程序和速度不均勻系數電壓/V送風量m3/h速度平均值m/s速度方差108速度不均勻系數1401320.09382.88873.0786160163.40.10883.36413.0927180195.30.12366.0694.9098200227.30.14665.51683.762220257.20.16714.53612.7147240282.30.18692.70371.4466250293.80.19598.70744.44485結論與分析把上述風量、潔凈空氣量、速度不均勻系數等數據匯總，并繪制關系曲線，分析各種曲線之間的相互關系；各參數之間的關系曲線如以下圖形所示：圖3潔凈空氣量隨送風量的變化圖4速度不均勻系數隨送風量的變化圖5速度不均勻系數隨潔凈空氣量的變化圖6速度不均勻系數與空氣凈化器擬合曲線5.1、從圖3送風量與潔凈空氣量的關系曲線可見，隨著過濾式空氣凈化器送風量的增加，該空氣凈化器的潔凈空氣量也相應增大，但是隨著風量增大到一定程度時，潔凈空氣量的增加趨勢逐漸減弱，由此可見潔凈空氣量與送風量呈正相關的趨勢。5.2、從圖4室內流場速度不均勻系數與送風量的關系曲線可見，隨著送風量的增加，室內流場不均勻系數先增加，在送風量到達200m3/h的時候，速度不均勻系數到達最大值，約為4.9107，然后，隨著送風量再繼續增加的時候，速度不均勻系數呈下降趨勢。5.3、由圖5—6綜合起來把室內速度不均勻系數與潔凈空氣量相關聯，得到速度不均勻系數與潔凈空氣量的關系曲線〔圖3〕；本實驗是在KJG300A空氣凈化器的強檔工作狀態下把電壓從140V—240V的情況下測試的，相應的空氣凈化器的送風量從132m3/h—294m3/h，潔凈空氣量從64m3/h—149m3/h，在此范圍內，速度不均勻系數是隨著空氣凈化器送風量的增加先增大，再逐漸減小，隨著CADR潔凈空氣量的增加，室內流場不均勻系數先增加，在送風量到達90m3/h的時候，速度不均勻系數到達最大值，約為4.9107，然后，隨著送風量再繼續增加的時候，速度不均勻系數呈下降趨勢。5.4、圖6是用MATLAB把室內速