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1、80平米塔楼公寓的气流组织分析文献综述 -080403214 冷亚娟摘要：为了描述和分析在夏季空调器来制冷的塔楼公寓室内的气流组织，根据实际情况建立其物理和数学模型，应用CFD 方法对办公室空调房间上送下回的送风方式下的气流组织进行三维数值模拟。通过Fluent 软件来进行数值解算，给出室内速度场和温度场的分布状况。通过对不同空间位置的速度矢量图和温度等值线图的分析，得到了该室内气流组织的合理性和人员所处不同区域的热舒适性，并以此来指导办公室内空调通风的设计和改进。关键词：CFD，Airpak，室内气流组织，计算流体力学正文：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
2、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【1】。只有合理的气流组织才能充分发挥送风的冷却或加热作用，均匀地消除室内热量，并能更有效的地排除有害物和悬浮在空气的灰尘【2】。对塔楼公寓的气流组织进行数值模拟计算，并通过对结果的分析来更好的指导实际设计，这对于改善室内空气品质，创造舒适的工作环境有着重要的意义。1.气流组织定义及特点：一般来讲,空调房间的气流组织是指通过空调房间送、
3、回风口的选择和布置,使送入房间的空气在室内合理地流动和分布,从而使空调房间的温度、湿度、速度和洁净度等参数能很好地满足生产工艺和人体热舒适的要求。冷气流在运动过程中受到障碍物和热气流的影响，速度衰减较快，射流的方向也会发生一定的偏转，在房间内会形成一定面积的回流区和涡流区，人在空调房间的舒适性受到影响。人员在不同的位置的速度场、温度场分布不一样，热舒适感明显不一样。在风口附近的人员有吹冷风感，在远角处的人员有明显的过热感。所以，空气气流组织涉及到PMVPPD，PMVPPD 指标综合了空气温度、湿度、风速、辐射温度四个环境参数以及人体活动强( 新陈代谢) 、着装情况两个人体参数对人体热舒适性影响
4、空气龄物理意义形象且易于被人们接受，一般说来空气龄数值越小，表示空气越新鲜2.主要研究方法：目前主要有四种预测室内空气分布的方法：射流理论分析、模型试验、区域模拟以及基于计算流体力学（Computaional Fluid Dynamics:CFD）方法的数值模拟【3】。分别适用于不同的建筑、不同的通风形势并且根据不同的要求而视情况而采用。评价室内空气品质的方法主要有应用CFD 技术对室内空气品质进行评估及利用“通风效率”和“换气效率”进行评价等【4】。2.1 通风效率及换气效率：所谓通风效率是指当送人房间一定量新风, 置换出室内被污染空气时, 送入新风达到通风目的有效程度。通风效率依房间送排风
5、口的位置关系的变化而变化。在设计时有必要预先知道, 对一定量新风如能进行最有效的通风时, 进凤口和排风口的相对位置应如何布置。通凤效率是用来判断气流组织通风效果是否良好的指标。至于换气效率则是以名义时间常数 和室内空气年龄来确定的。即平均换气效率为a=Tn/2T2.2 CFD方法及特点：CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）是建立在经典流体力学与数值计算方法基础上的一门新型独立学科，通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。它兼有理论性和实践性的双重特点，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提
6、供了有效的解决方法【5】。1985 年丹麦学者尼尔森首次利用计算流体力学方法对室内空气流动进行了数值模拟，随着计算机技术和湍流模拟技术的发展，CFD 方法有了很大的发展。CFD 法具有成本低、速度快、资料完备且可模拟各种不同的工况等独特优点，故其逐渐受到人们的青睐，CFD 方法也越来越多的应用于暖通空调领域【6】。该方法的具体做法就是在计算机上虚拟的做实验：依据室内空气流动的数学物理模型，将房间划分为许多小的控制体，把控制空气流动的连续的微分方程组离散为非连续的代数方程组。结合实际的边界条件在计算机上数值求解离散所得的代数方程组。只要划分的控制体足够小，就可以认为离散区域上的离散值代表整个房间
7、内的空气分布情况。在目前的预测室内空气分布的方法中，CFD 方法具有不可比拟的优势，并且由于当前计算机技术的发展，CFD 方法的计算周期和成本也完全可以为工程应用所接受【7】。目前应用较多的CFD 商用软件有FLUENT,STAR- CD, PHOENICS 等, 它们的功能比较全面,适用性强, 可以求解工程界中的各种复杂问题。其中FLUENT 软件下的Airpak 软件是专门面向HVAC 领域的软件。2.3 Airpak 软件：Airpak 是用于模拟室内气流组织的CFD 专用软件,用于工程领域和科学研究。用该软件模拟了某室内设计方案的气流组织和热舒适性,通过调整对比分析,验证了CFD 运用
8、于改善室内热环境和提高节能效率的可行性【8】.Airpak 使用的离散化方法是目前在CFD 领域广泛使用的有限体积法, 又称为控制体积法。其基本思路是将计算区域划分为网格, 并使每个网格点周围有一个互不重复的控制体积; 将待解微分方程( 控制方程) 对每一个控制体积积分, 从而得出一组离散方程。软件可以生成自动化的结构化、结构化网格。Airpak 具有强大的可视化后处理能力, 能够能生成速度矢量、云图和粒子流线动画,描绘气流的实时运动情况。模拟结束后,还可提供强大的数值报告,从而对房间的气流组织、热舒适性和室内空气品质( IAQ) 进行全面综合评价【9】。Airpak,对改善室内的热环境具有很
9、好的参考价值, 使用灵活方便, 可靠性高, 其在暖通领域的运用中将会有很广阔的前景。3.国内外发展现状及前景国外不仅注意墓本理论而且重视应用理论和应用技术, 不少研究内容是有生产和实用背景的。近年来我国在科研问题上的指示精神与国外的趋向是一致的。在气流组织的理论研究,设计计算方法上,多年来我国不断有人进行着这方面的研究工作,积累了不少实验研究和现场实测资料,诸如分层空调气流计算,侧送风气流规律与计算,下部送风,旋流风口等末端装置的研制与实践工作,取得不同程度的成绩,在这方面的工作质量未必逊色于国外。不过在研究方法、乎段上应予更新,在研究范围上似应拓宽。有些问题从表面上看按国家现况似不迫切,但从
10、长远看毕竟不能是空白。在气流测量技术、新型仪器研制上应投人力量,急起直追。目前对室内气流分布的研究越来越多的集中在CFD 方面， 由于数值模拟法需要知道室内空气流动的状态和室内房间的边界条件，但是目前这方面资料不全，因此室内送风口入流边界条件确定、壁面边界条件确定以及室内热源分布等都会成为将来研究的热门领域。参考文献：【1】袁东升,田慧玲,高建成.气流组织对空调房间空气环境影响的数值模拟J.建筑节能,2008,(9):9-13.【2】电子工业部第十设计研究院.空调调节设计手册（第二版）M.北京:中国建筑环境出版社,2005.【3】马文娟室内气流组织计算方法的概述与展望 安徽理工大学理学院数学系
11、【4】田慧玲.气流组织对室内空气品质影响的数值研究D.河南理工大学,2009【5】王福军.计算流体动力学分析CFD软件原理与应用M.北京:清华大学出版社,2004.【6】赵彬，林波荣，李先庭.室内空气分布预测方法及比较.暖通空调，2006【7】张国强，邹媛. 室内气流模拟方法比较及一种新的模拟方法研究/2007 年全国暖通空调年会论文集.【8】CFD在住宅室内设计中的应用 苏华东、龚七一 山西建筑 第36卷第12期 2010年4月【9】C. A. G. Fletcher, I. F. Mayer, A. Eghlimi, K. H. A. Wee.CFD as a Building Services Engineering Tool. ArchitecturalScience, 2001, 2( 3) : 67- 81.