空间热环境三维紊流流动的数值模拟与研究

魏艳立等

摘 要：文章通过对某工程售楼部大厅空调开启前后不同位置的空间进行实验测试，得出相应位置的温度、空气流速数值，并建立相应的数学物理模型，应用CFX计算软件对该售楼部大厅进行室内热环境（空气温度、流速）三维数值模拟，得出空间空气温度、流速的平面分布图。在分布图上相应位置取点，与实验测试的数值进行对比、分析。结果表明模拟值与实验测试值基本吻合，这为室内空调系统设计得出了参考资料，使得今后空调工程设计时方案可以更优化。

关键词：空调；实验测试；数学物理模型；室内热环境；数值模拟

中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）5-0048-02

随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，人类对于居住及工作环境的要求越来越高，这也使得空调成为改了人们变生活环境的首选，而空调系统的舒适性和节能性更是成为了设计师方案设计的首要考虑指标。而对于如何解决室内气流和温度这两种体现房间舒适性的重要参数，计算流体力学（CFD：computational fluid dynamics）技术被引入国内，并已进入实用阶段。它通过对室内空间气流的速度场、温度场、压力场等进行数值模拟计算，在工程规划和设计阶段即可对工程设计方案进行正确、直观的预测和分析，同时也可在工程调试阶段对工程施工结果做出对比、调整。CFD的数值模拟计算结果与工程实际测试结果均可做为一种设计依据用来指导暖通空调系统设计方案的优化。本文就是利用CFD模拟计算软件CFX，对空调系统开启时的某售楼部大厅进行了三维热环境的数值模拟，通过对温度场、速度场的模拟结果和实际测试结果做出比较、验证。

1 模型简介

2 数学模型

房间内气体流动是湍流过程，所以本文采用紊流自然对流时的k-ε双方程模型进行模拟。在模拟过程中作如下假设：室内空气为低速运动，可视为不可压缩流体；符合Boussinesq假设，即认为流体密度对浮升力项产生影响；气体流动为稳态紊流；忽略由流体粘性力引起的能量损失。数值模拟中采用的基本控制方程为连续性方程、动量方程、能量方程、紊态动能k方程、湍流耗散率ε方程，可表示为：

4 模拟结果及分析

4.1 空气温度分布

6 结 论

本文采用CFX计算模拟软件对空调房间中的温度场、速度场进行数值模拟，得出计算结果，与实验测试结果相比较。从模拟气流绕流及房间温度分布情况可看出，空调系统送风口及回风口布置较为合理，房间中温度场、速度场比较均匀一致。从室测试结果与计算结果对比分析中可看出房间中的一些影响误差较大的地方，在今后的空调设计方案中可作出适当调整，使得设计方案更加优化，同时在设计选型参数的选择上更加精确，使得工程方案更加趋于合理。

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