风速对室内气流分布影响的数值仿真

　　1 引言

　　目前随着社会对节能意识的增强,有越来越多的建筑倾向于采用低温送风技术。这一技术的主要特点是送风温度低,一次风量小,对冷源水温要求低于常规空调,去湿量大等[1],但同时也会带来许多问题:其一,送风量小可能会使空调区域气流循环量较小空气流速较低,使人产生气流停滞的感觉,会影响空调区域的舒适性;其二,若送风速度较低,冷风射程达不到设计要求,可能在工作区形成冷风沉降。以前解决这些问题的最常用的一种方法是应用以风机为动力的混合箱方式FPMB(Fan-Powered Mixing Boxes)将一次风和房间回风进行混合,然后送入房间内[2],这样做的不利结果是:

　　(1)在混合箱中使用小而低效的风机和电机会额外消耗能量,无形中降低了低温送风的效率;

　　(2)由于风机和电机数量非常大且分散,会增加较多的初投资和运行费用;

　　(3)FPMB的风机也会产生噪声。另一种解决方法就是使冷空气在送入工作区之前被充分混合,可以不需要再使用混合箱。显然,后一种方法在节省投资,降低能耗和减少噪声方面更具有优势。

　　所以,对于低温送风的空调系统,需要合理设计和计算气流组织,这方面的研究国内外的成果还不多,迫切需要解决冷空气在送入工作区之前能否被充分混合的问题。

　　本文以某一低温送风的空调房间为研究对象,建立数学模型,利用CFD软件对该房间不同送风速度下的空调效果进行数值模拟,对比不同种工况下室内的空气流动,进而确定合理的送风参数。

　　2 数值模拟的基础及模型的建立

　　2.1 计算基础

　　本文以北京建筑工程学院的试验用空调房间作为本次研究的数值模拟基础。房间的尺寸为:7000mmx5200mmx3000mm(长x宽x高),南面墙有窗户,尺寸为2300mmx1700mm(宽x高),其他三面围墙均为内墙,相邻房间均不设空调,采用两个双层百叶铝合金风口作为送风口,两个条形格栅风口作为回风口,送风口与回风口均在同一面侧墙上,且送风置于回风的上部。该物理模型如图1所示。

　　2.2 数学模型

　　大量的试验表明:空调房间内的气流基本上是湍流^[1],基于此本文采用湍流模型对室内气流的三维不可压缩湍流流动进行数值模拟。就实际情况而言,空调房间内的气流运动是随时间变化的非稳态流动,为了简化问题的研究难度,每调一种工况,待其稳定后认为空调房间的气流是定常流动^[3]。针对低温送风量小,空调房间气流流动速度低的特点,本文的湍流模型采用考虑了浮升力影响的高雷诺数k-E模型,再结合壁面函数法来模拟计算。

　　采用k-ε两方程模型求解湍流对流换热问题时,k方程、ε方程,与动量方程、能量方程及连续性方程一起构成了室内空气流动的控制方程,其通用形式为