基于Fluent的室内空调布置方式的研究及仿真

2019-06-19张冰洁

海峡科技与产业 2019年1期

张冰洁

广东开放大学广东理工职业学院，广东广州 510091

1 室内空气气流组织方式调研

1.1 室内空气气流组织方式

随着社会发展，人们对环境的舒适度要求越来越高。日常生活中会出现这样的情况，相同条件下，送、回风方式不同，会对空调效果产生不同的影响。因此，在空调房内合理布置送、回风口，进而使得工作区形成比较均匀而稳定的温湿度、气流速度、洁净度等，以满足人们对房间舒适度的需求[1]。

一般来说，室内气流按照送、回风方式的变化分为四种形式：混合流、短流、置换流、活塞流，其中，活塞流在实际生活中很少应用。通过对三种通风方式的调研可知，置换通风具有较高的通风效率，同时保证室内工作区实现较高的空气品质和热舒适性。

1.2 国内室内气流组织研究

基于空调的实际应用情况，很多国内外学者都曾针对气流组织与舒适性之间的关系开展了大量的研究。其中，国内学者主要通过调研、实验或模拟的方法，对不同通风方式进行模拟分析，为工程实际提供参考。比如，贾庆贤采用调查分析的方式，对自然风和机械风两种吹风模式进行了对比分析；袁东升通过数值模拟，提出同侧上送下回的送风方式更有利于产生理想的室内气流；赵云超考虑送风的角度和风速对气流的影响，并通过模拟的方式得到了合理数据；李萌颖模拟了家用分体式空调器工作时有无新风对室内气流的影响。

2 数值模拟方式调研

2.1 国外数值模拟研究进展

国外学者基于理论研究，早在1970年就有丹麦的学者Nielse PV首次运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）技术计算出了室内气流的射流速度，其结果与实验数据相差不大。1976年Chen基于三维计算，使用原始变量法模拟出了三维室内气流的运动。1983年Martin考虑采用CFD技术来优化大空间空调系统的设计，并计算出某大空间（电视播送室）内的室内气流分布情况。 1984年Ishihu和Kaneki利用CFD技术，通过分析室内污染物浓度的分布，研究如何提高室内通风效率问题。Chen Qingyan则在1988年分析并研究了建筑物能耗、室内空气流动、室内空气品质等问题。

对此，美国供暖、冷藏与空气调节工程师协会(ASHARE) 于1989年成立了相应的研究机构，专门利用CFD方法预测室内空气流动，同时开展了“室内空气流动的数值计算”的研究课题，该课题较为系统、完整的研究了如何运用CFD方法来模拟室内空气流动的诸多问题，研究结果发表在了1994年的ASHARE杂志上。至此，CFD技术在空调领域内被推广开来，目前美国已开发出许多大型通用的CFD软件。

2.2 国内数值模拟研究进展

国内关于CFD方面的数值模拟工作直到20世纪80年代才逐渐展开。一直以来，关于室内气流流动规律的研究主要集中在送风口射流问题上。但实际生活中，房间的内热源分布、强度大小、围护结构内表面与空气之间的对流、换热等，都会影响气流组织情况。因此，近年来，国内学者主要通过理论、实验、模拟等研究手段，致力于研究上述环境因素对气流组织的影响。

如顾瑞英和武文斐，针对内含集中内热源的房间，在给定的热源表面温度下，利用数值方法和k-ε方程湍流模型，求解出气流的速度分布和温度分布，同时研究了送风方式、送风量、热源表面温度、热源表面和壁体表面的黑度、室外环境通过壁体的传热等诸因素对室内气流组织的影响。张智等对挂壁式空调器在制冷/制热工况运行时的室内气流及温度分布进行了数值模拟分析，通过k-ε湍流模型和非稳态求解方法得到了较为可靠的结论。此外，北京航空航天大学的庄达民和孟宪海则利用大涡模拟(LES)法求解出某空间的室内气流分布。

总体来看，针对某些场合的室内空调气流组织的模拟研究仍依托于Fluent软件，如刘芳的某数据中心室内空调气流组织的模拟研究，李鹏魁的机房列间空调气流组织数值模拟分析等，通过建立模型、网格划分、参数设置、模拟计算、结果分析，为相应的室内气流组织提供参考。