[精品]应用CFD技术对冬季空调房间气流模拟分析.doc

[精品]应用CFD技术对冬季空调房间气流模拟分析.doc应用CFD技术对冬季空调房间气流模拟分析
摘要：本文应用CFD技术，以方程为基础，对重庆某高校教工宿舍室内的气流在冬季工况条件下进行 三维模拟计算（速度矢量）。并对结果进行了分析，依据通风及空气调节在冬季工况下的标准，对室内气 流速度进行评判。
关键词：计算流体动力学数值模拟速度矢量
1概论
计算流体动力学简称CFD,是随着计算机技术而出现的一门新学科。它运用流体动力学的基本原理， 通过建立数学物理模型，根据提供的合理的边界条件和参数，可以对空调区域内气流的速度场、温度场、 压力场等进行模拟计算。而室内空气的速度场、温度场又是研究空调房间室内气流组织设计及空调房间室 内舒适环境评价的基础。目前国内，研究人员对室内气流研究主要集中在夏季对房间内空调制冷进行数值 模拟，而本文中则以重庆某高校教工宿舍冬季空调房间为模型，对空调制热房间室内气流进行数值模拟。 本文采用三维紊流模型，釆用N-S方程，将送风气流与房间形状及障碍物作为一体来考虑，用整体 求解法计算了空调房间室内空气流动与传热问题，对空调房间室内气流组织，主要是速度场分布进行了数 值模拟。
目前，室内气流分布的研究主要采用三种方法：⑴利用射流原理进行分析和预测；（2）利用相似性原理 进行模型试验；（3）利用计算机求解室内气流控制方程组的数值预测方法。第一种方法由于其局限性目前较 少采用。第二种方法不仅耗费较多的人力、，在测量技术的实现上有一定 的因难，如测量低速气流的方向和湍流强度。由于计算机和计算技术的发展，数值预测方法得到了迅速的 发展。
本文以重庆某高校教工宿舍在冬季工况下的室内气流为研究对象，在考虑宿舍（根据所处于的地理位置） 外界气温以及围护结构及其热工性能、空调系统的制冷、室内人员的散热量等条件的基础上，对室内的气 流进行了数值模拟。
2模型结构
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根据此教工宿舍的实际情况，,,，宿舍的平面结构如图1 所示、宿舍内有书桌（,,高lm）,床（长2m,,）等障碍物及人员（只 考虑人员散热量对空调冷负荷的影响）。
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图1宿舍平面结构图
3紊流区内数学模型
口前，计算流体力学界有两种紊流模拟方法：一是直接模拟法(DNS),二是湍流平均化的方法。出丁 ，因此，进行数值求解势必需要极细的网格间距，这是目前的电 脑内存容量和CPU速度所无法负担的。对于工程问题，我们不需要关心湍流的精细结构及其瞬时变化，而 只要关心湍流随机变量的有关平均值，因此工程中广泛采用的是湍流平均化及一系列湍流模型。在暖通空 调领域，日前广泛应用的是f -=模型。
描述模型房间的紊流偏微分方程组如下
连续性方程：
如+业丿.()
叫 式⑴
动量方程：
式⑵
能量方程:
组分方程：
吟宅严能詩T朽式⑷
上述紊流模型与层流方程相比出现了三项瞬变值网»;、K艸与则■:,即雷诺应力项、雷诺物 质流、雷诺热流。这些项都是未知项，对这些项采取不同的模化方法就构成了各种不同的模型。
所谓模化，就是要把上述三项瞬变值用时均值来表示，按照Boussinesq的理论，模仿层流的表示