空调试验房室内空气流场的计算分析.doc

1 空调试验房室内空气流场的计算分析摘要: 本文对空调试验室流场进行模拟计算, 在此基础上对测试室送风系统进行改进设计, 明显改善测试室流场分布。关键词:流场 FLUENT 测试 0 综述焓差法实验室常常忽略外部流场分布的不均匀性, 以至影响到测试结果的稳定性和准确性。而大量流场测试周期长、操作复杂, 测试室气流速度通常很小, 即使微小扰动对测试结果都有很大影响, 而且缺乏对气流方向的预测, 即使排除人为因素也很难测出流场真实速度,不利于测试室流场改进。进行数值模拟将有利于工程检测﹑改进,节省人力、财力和时间。计算机数值模拟有助于工程设计的改进。研究如何形成合理的流场, 满足测试室负荷要求, 避免回流短路现象, 以达到良好的送风效果, 这具有十分重要的理论意 2 义和实际价值。 1 模型简化与计算为了简化实际问题,便于分析,在建立数学模型前对室内气体的流动先做以下假设: 室内气体满足牛顿内摩擦定律, 为牛顿流体; 室内流体温度变化不大, 密度可视为常数; 室内气体的流动形式为稳态紊流; 在紊流中心区, 忽略能量方程中由于粘性作用而引起的能量耗散; 室内空气在房间内壁面上满足无滑移边界条件。本文计算所选择的求解器是 Fluent5/6 。对于在用 Fluent 软件计算时所采用的有关数值计算方法, 说明如下: 压力项、能量项、紊流动能和紊流耗散率项的离散都采用二阶迎风格式。二阶迎风格式也就是一阶导数的具有二级截差的差分格式, 它可以克服迎风差分截差比较低的缺点而又能保持它的长处。压力与速度的藕合关系的处理方法选用 SIMPLE 算法。采用标准 k-ε二两方程模型来求解湍流问题时, 控制方程包括质量和方程及 k-ε方程。根据以上假设可建立其数学模型, 整场的流动应满足质量和动量方程(1) 质量方程 3 (1) (2) 动量守恒方程(2) 湍流模型标准两方程模型[8] ( Jones Launder,1972 ) 湍流动能 k 的方程,其一般形式为(3) 这里,为生成项,为耗散项湍流耗散率ε的方程,一般采用的形式为(4) 这里为生成项,为耗散项 4 2 边界条件本文中的算例包括以下边界条件: 给出入口速度边界,具体值由风机风量及送风管道尺寸计算给定给出出口压力边界,具体值由测试给定在固体边界上对速度取无滑移边界条件, 数值计算结果及分析 水平面 X 方向原始模型数值模拟及优化改进数值模拟结果如下图 1~6 所示在图 7~8中, 可以清楚看到原始数值模拟和优化改进数值模拟在各个水平面上速度的分布及变化情况。改进模型孔板送风速度分布更加均匀,送风初始平面上速度分布在 ~ 之间, 与原始模型相比有非常明显的改善。这主要是因为流线形的隔板能更好的改变静压室内的压力分布, 从而更好的改变孔板的送风速度分布, 这可以从压力场分布图中得到进一步证明,模拟结果和我们的理论预测有很好的吻 5 合。 垂直面 Z 方向原始模型数值模拟及优化改进数值模拟结果如下图 9~ 10 所示在图 9~ 10 中,可以清楚看到原始数值模拟和优化改进数值模拟在垂直面上的速度分布情况。在这两张图中速度分布对比十分鲜明, 流线形隔板模型速度分布更均匀, 死角比较少, 除工况机附近及一些死角外, 流线形隔板模型在这