第三类边界条件数值模拟室内热环境及其实验验证.doc

第三类边界条件数值模拟室内热环境及其实验验证贾玉凤邹志军黄晨罗行李俊红摘要:本文应用数值模拟软件,利用第三类边界条件对某实验房的室内热环境进行数值模拟,并通过实验进行验证。验证结果表明模拟值与实际测量值基本吻合。在数值模拟验证的基础上,论文通过设置不同围护结构热工特性、室外空气温度、以及送风参数的模拟, 得到了相应室内热环境随围护结构热工特性、室外温度、送风参数变化的特性与规律,进一步扩大了实验范围,充实了实验手段。关键词:数值模拟实验验证变参数模拟 0. 引言随着计算机的大容量化和高速度化以及计算流体力学的发展,在室内热环境方面,特别是大空间建筑室内热环境设计中已逐渐普及采用 CFD 来解决室内气流组织、热环境等问题的研究[1] , 从而使室内热环境特性研究及其全面评价成为可能。本文应用软件 Airpak ,利用第三类边界条件对某实验室室内热环境进行数值模拟,并通过实验予以验证, 进而利用数值模拟对室内热环境特性进行分析。 1. 环境实验室简介如图 1 所示, 环境实验室内尺寸为 ×× ,墙体均采用保温材料。气流组织采用顶送下回,送风口尺寸为 16cm×69cm ,距东墙中侧设有一 30cm×30cm 的回风口。室内东西墙附近各有一个散热器,图 1中Z 向为北向。 2. 数值模拟计算与结果 物理模型及数学模拟概况模拟用物理模型如图 1 所示,其墙体传热系数为 /(K×m2) , 墙外侧温度 28℃。送风速度为 ,送风温度 ℃,靠近东、西墙处的散热器散热量分别为 840W 、 2410W , 且室内日光灯关闭。数值模拟用数学模型为 K-ε紊流模型,利用第三类边界条件对房间进行热环境模拟。对送、回风口及回风管处、散热器等采用了网格加密的处理, 总网格数 1865 5个。 数值模拟结果 . 1 温度场分布如图 2(a)、(b) 所示, 沿着风口自上而下, 温度逐渐变化。近风口处等温线密集,温度分布存在明显的扩散现象。在图 2(a )中,由于右侧存在一个散热器,导致了两边温度分布并不对称。在图 2(b )中,水平方向温度梯度明显变小,存在衰减现象,回风口处等温线相对稀疏,房间居住域温度变化相对缓慢。图 2(c )为南墙表面的温度分布, 从图中可以看出,墙面自下而上温度逐渐升高,离风口较远处的温度相对较高,等温线较密集。图中所标数字单位均为℃。 速度场的分布图 3 为室内速度场模拟结果。模拟结果表明,射流断面速度从射流中心开始逐渐向边界衰减并沿射程有所变化,导致流量沿程增加,射流直径略有增大。回风口的气流近似于流体力学中所述的汇流。离开汇点距离越大,流速衰减越大,呈二次方衰减[2] 。从图中可以看出,风口下方速度较大,自上而下存在衰减现象。其余区域速度较小。图 3(a )中,气流在左右两侧各形成一个较小的涡流。图3(b )中,除送风口与回风口处速度较大,整个房间的速度较小,且分布比较均匀。 3. 实验验证 实验布点与测量方法实验中共布置九个速度测点,在宽度方向上取中间截面布置七个点,两个散热器附近各布置一个测点。空气速度采用万向风速仪, 其输出信号通过 Fluke 采集器进行集中采集。布点位置如图 4(a)