某大厦空调室外机温度场数值模拟

广东美的暖通设备有限公司　邓建云



某大厦空调室外机温度场数值模拟

广东美的暖通设备有限公司邓建云

本文对某大厦空调室外机温度场进行数值模拟，并发现原方案机组的运行环境比较恶劣，根据数值分析，通过对风管出风方向的改变以及机组位置的布置，达到提高外机的换热效果，优化运行环境。

室外机；温度场；数值模拟

1.控制方程及边界条件

本文讨论的问题简化为三维、不可压缩、稳态、湍流的物理过程，控制方程如下：

2.物理模型

对于模拟多楼层室外机温度场耦合计算时，只取9层楼室外机计算其温度场。对问题求解起到一定简化作用，同时又不失结果的可靠性。第6、7、9～14层、分别依次放置16HP、14HP、14HP、10HP、14HP、16HP六台外机；第8层依次放置16HP、14HP、14HP、10HP、10HP、16HP六台外机。

图1　物理模型

3.边界条件设置

在物理模型的边界条件按以下方法进行：所有机器单个风轮风量为均为7000m3/h，大气外环境温度为35℃，外机设定为内热源（Source Term-Energy），其散热量按照下述方法求取：对于16HP外机，每台外机的体积热源为：31440W/m3；而对于14HP外机，每台外机的体积热源为：27959W/m3；对于10HP外机，每台外机的体积热源为：19550W/m3；模拟过程中取环境风速为0 m/s。

图2　温度场（纵向剖面/横向剖面）

图3 速度矢量图（纵向剖面/横向剖面）

4.计算结果及分析

模拟结束后，风散的流量如第一楼第一台外机两个风轮的流量分别为：6935.5m3/h，7317.6 m3/h。其余外机的设置与之相同，够满足每个风轮7000 m3/h的标准。

4.1温度场分布（见图2）

4.2速度场分布（见图3）

4.3模拟结果分析能

表1　6～10楼层外机回风面温度

由温度场和速度矢量图以及回风温度表可以看出：（1）机组的运行环境比较恶劣，尤其是1～4号机，由于玻璃木墙的阻挡，导致1号机器左边的外界新风回流相当少，在角落处形成闭循环（如图中红色箭头所示），换热相当恶劣。（2）随着楼层的升高虽然5、6号机回风温度并不是很高，但1～4号机的回风面温度是越来越高的。

5.改善方案

从模拟结果发现需要对原方案进行优化，改善外机运行环境。这里只取6～9层作为计算对象进行模拟分析，四台并排放置的机组编号分别为1、2、3、4号机，出风风道改为圆弧型，与外力墙成45°这样做的目的能够对这四台机组的回风通道变大，有利于外机的散热。同时并让1、2号机往3、4号机方向移动些距离，2、3号机之间的距离为500mm，其他机组间距离为200mm。如图4所示。

图4　俯视图，红色箭头代表出风方向（左边为原直风管——修改前，右边为加圆弧风管斜出风——修改后）

5.1计算结果及分析

模拟结束后，单个风扇的流量6640m3/h。其余外机的设置与之相同，能够满足每个风轮7000 m3/h的标准（未考虑损失）。

5.2温度场（见图5）

图5　温度场（纵向剖面/横向剖面）

图6　速度矢量图（纵向剖面/横向剖面）

5.3速度矢量场（见图6）

5.4模拟结果分析

改善方案各外机回风面平均温度列入下表：

表2　6～9楼层外机回风面温度

由计算温度云图和上表中计算结果可以看出：

可以发现通过方案的优化：

（1）由于风道出风方向的改变以及四台机组尽量往不锈钢烟囱的方向靠拢，由速度矢量图可以看出1号机左面的玻璃木墙没有很明显的挡住外界大气对机组的回风，如图中箭头所示，外界气流能够比较好的补充外机器的回风。

（2）较原方案外机的回风面温度明显降低，回风温度在37°～42°不等，外机的运行环境得到改善。

6.总结

通过对某大厦空调室外机温度场数值模拟，发现原外机安装方式下，机组运行环境相当恶劣，外机的回风面温度随着楼层的升高越来越高，通过优化外机的出风风道方向及外机位置适当的调整，外机的运行环境得到改善。在空调设计安装过程中可以借鉴参考。

［1］杨世铭，陶文铨.传热学［M］.北京:高等教育出版社，20O6.

［2］江帆，黄鹏.Fluent高级应用与实例分析［M］.北京:清华大学出版社，20O8.

［3］王福军.计算流体力学分析—CFD软原理与应用［M］.北京:清华大学出版社，20O7.

邓建云（1977—），男，四川江油人，毕业于重庆大学动力工程学院、制冷及低温技术专业，硕士，广东美的暖通设备有限公司开发二部部长，研究方向：中央空调系统设计。