人工环境试验室内空气流场的研究

    人工环境试验室是参照各地区制冷标准建立起来的空调制冷检测试验室,是以空气焓值法为理论依据建立的试验室。它一般分为室内侧试验室和室外侧试验室,室内侧试验室主要提供给被试机的室内机检测使用,室外侧试验室是给被测试机器室外机制造相应的环境工况的试验台。随着计算机技术的发展,利用计算机求解室内气流控制方程的数值预测方法具有成本低、速度快、资料完备[1]、可视化程度高的优点,故CFD方法越来越多的应用于暖通空调领域。由于CFD技术在国外已经进入工程实用化阶段,所以笔者将此方法初步用于试验室的前期设计工作,对试验室内部分送风腔体结构中的温度和速度分布进行数值模拟,并对结果进行分析,说明CFD方法在通风气流组织设计方面的优势。

    1 研究现状和研究方法

    试验室内气流组织比一般普通建筑要复杂得多,这主要由以下因素决定:空气处理机处理风量较大,送、回风风速较高,受风区域的空间狭窄,试验区内安置多个测量设备,影响气流流动,也影响空气之间的传热情况。为了合理解决这些问题,从设计阶段就应开始分析气流组织是否满足设计要求,预测室内气流分布情况。

    目前预测室内气流分布情况主要有4种方式:②射流理论分析方法;① 区域化模拟;③模型试验;④CFD方法。传统的射流分析方法是基于一些标准或理想条件所提出的或试验得到的射流公式,对于内部结构不同的各种试验室,用同样的公式做分析势必会带来较大的误差,而且该方法只能给出室内分布的集总参数信息,不能给出设计人员需要的详细资料,并且不适合于多种组合方式的气流组织。模拟试验虽然可以得到详细资料,但费时费力,而且对于试验室通风系统而言,送风腔、回风腔内部结构复杂,在短时间内搭建的模型也很难达到设计要求。另外这些风腔结构往往是在出现不合理情况之后再进行修正,这就更难以在短时间内新建另一个模型。利用计算机求解流体流动中满足各种守恒控制偏微分方程组的技术,即计算流体动力学技术(CFD:computational fluid dynamics)[2],具有成本低,速度快,资料详尽的特点,是预测室内气流组织的有力工具[3]。基于以上分析,笔者采用CFD方法对某试验室进行数值模拟研究。

    2 研究案例分析

    笔者所研究的基本对象是一间焓差试验室,该类型试验室在制冷设备生产厂家比较常见,主要用于检测单元式空调机、房间空调器等制冷设备。

    该试验室的结构尺寸为5.4m(长)×5.8m(宽)×3.3 m(高),原有试验室内安置有1台30 000 m³/h的空气处理机,2个测试用风洞,1个取样靶。空气处理机出风口的风速为11.3 m/s,出风静压(表压)为300 Pa,出风温度为300.0 K,回风口的压力(表压)为0 Pa,孔板穿孔率为0.25。