适用于回流区流体力学模拟计算的三种高雷诺数湍流模型的比较

　　1前言

　　现代办公楼和居室内的通风空调都是在封闭空间内进行，这些空间往往被分隔成许多写字区和生活区，所以常常会形成空气的回流。随着社会生活水平的提高，人们对办公和居住建筑物内环境的要求也越来越高，因此在进行建筑物的暖通空调(HVAC)设计时，对室内回流区进行预测和模拟显得尤其重要。

　　暖通空调工程领域内空气的流动满足质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。空气流动的湍流特性采用适当的湍流模型描述。依据确定湍流粘性系数琳的微分方程数目的多少，可把湍流模型分为零方程模型、一方程模型及两方程模型等。目前在HVAC工程中应用最广的是湍流粘性系数法中的k一。两方程模型，它是由HarlOW和肠加邓、在1968年提出的。在过去20年中，以k一。两方程模型为骨架，提出了多种改进方案，如非线性k一。模型，多尺度k一。模型，重整化群k一。模型，可实现k一“模型等川。

　　在介绍三种适用于暖通空调回流区的高雷诺数(Re)模型:标准k一。模型、多尺度CllEN一KIMk一。模型和重整化群k一。模型(此normalizationgroup，RNG，k一em记el)的基础上，采用CFD商业软件PHOEMCS并运用这三种模型结合实例对室内空气回流区进行了数值模拟比较，以帮助在预测室内气流组织时能更好地选择湍流模型。

　　2数值计算方法和c劝商业软件简述

　　k一。模型和描述空气流动的质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程都可以写成以下通用形式[’〕:

　　式中p为空气密度(叼耐);u为空气的速度矢量(而s);咯为通用变量，可以代表u、v、T、k、。等求解变量;几为广义扩散系数(N.s/时);氏为广义源项。

　　该形式由四部分组成，它们是

　　<1>时间项，或称非稳态项;

　　<2>对流项;

　　<3>扩散项;

　　<4>源项。按照上述通用形式可把各控制方程离散化为代数式进行编程和求解，除了边界条件与初始条件外，不同求解变量之间的区别就在于几与凡的表达式不同[lj。

　　1974年丹麦学者P.V.NIIsen首次将计算流体力学cFD(conlputationalfluld如俪cs)用于计算室内空气流动，从此数值模拟技术开始应用于暖通空调(HVAC)工程领域。相比传统的模型试验和经验公式预测流体的流动和传热而言，cFD技术具有成本低、速度快、资料完备等优点，逐渐受到人们的青睐。目前随着计算机技术和数值模拟技术的发展，C即已被广泛用于解决工程中的实际问题。

　　英国CHAM公司开发的C印商业软件PHoE-MCS采用有限容积法，网格系统包括直角、圆柱、曲面、多重网格和精密网格。对流项的离散格式包括一阶迎风格式、混合格式和QUIcK等;压力与速度的藕合关系采用SIMPLEST算法。代数方程组采用整场求解或点迭代、块迭代方法，同时纳人了块修正以加速收敛。在湍流模型方面，PHOENICS内置了通用的零方程模型、低Re数k一。模型、标准k一。模型、CHEN一KIMk一:模型、RNGk一。模型等多达22种适合于各种Re数场合的湍流模型。