Airpak气流组织模拟教程
编制人：张占莲
2015-9-15
案例：
以广州某办公室房间为例，房间尺寸6m×8m×4.5m，室内通风采用同侧侧送风，上送下回送风方式，送风量1800m3/h，送风温度18℃，广州夏季室外干球温度34.2℃。室内各物体尺寸、数量及边界条件设置如下表1所示：
表1 边界条件设置
名称尺寸数量边界条件
送风口0.5m×0.2m2个速度入口，2.5m/s 人0.4m×0.35m×1.73m2人热源，75W
灯 1.2m×0.2m×0.15m3个热源，40W
电脑0.4m×0.4m×0.4m2台热源，173W
回风口0.5m×0.2m2个自由出口
桌子 1.5m×4m×1.05m1个——
北外墙————定壁温，34.2℃
1.建模
1）打开软件，新建工程。
注：保存路径及工程名称中不要出现中
文，中文无法识别。
2）调整房间模型尺寸：Model Room Edit
可更改odject名称
调整尺寸大小、坐标位置：Geometry
可根据个人习惯通过输入起
点/终点或起点/长度来确定
坐标位置。
3）建立灯、人体、电脑等模型：Creat b lock
a.创建灯具模型
修改block名称：lamp
输入坐标尺寸定位
a .创建灯具模型：在properties 中修改属性，定义热源。
将灯简化为长方体的固体block
定义热源40W
利用copy object 可复制灯具模型。
复制数量
偏移量
b.创建简易桌子模型（可无）
采用固体block 创建桌子模
型，因桌子并非热源散发源，
桌子模型可有可无。（这里
仅作为障碍物）
c.创建电脑模型
步骤：
◆简化为固体的block；
◆修改名称为com.1；
◆输入坐标定位；
◆定义热源属性：173W；
◆Copy object命令，设置偏移量。
d.创建人体模型
步骤：
◆可直接使用自带人体模型，也可将
人体简化为长方体的固体block；
◆修改名称为person.1；
◆修改尺寸，人体为坐姿；
◆定义热源属性：75W；
◆Copy object命令，设置偏移量。
e.创建送风口模型
Opening命令
送风温度18℃
合速度2.5m/s
速度矢量方向
步骤：
◆将送风口简化为一方形opening开口；
◆可修改名称为air-inlet；
◆输入坐标尺寸定位；
◆给定送风速度、温度；
◆Copy object命令，设置偏移量。
f.创建排风口模型
vent命令
气流流出
步骤：
◆排风口使用vent命令；
◆可修改名称为outlet；
◆输入坐标尺寸定位；
◆自由出口，流出边界；
◆Copy object命令，设置偏移量。
◆创建天花板、地板、左（右）墙；前（后）墙；
◆北外墙（后墙）定壁温边界（34.2℃，与外界有热量交换），其他均为绝热边界；
g .创建墙体模型
wall 命令
定壁温边界
绝热边界
4）检查模型：Model check model
该命令框会提示统计的object数量
2.划分网格
Model Edit priorities object priority
（1）编辑物体网格优先权
注：保证靠着墙的物体比墙在产
生网格的过程中拥有更高的优先权，
可将天花板、地板、四周墙壁等优先
级设置为0。
网格划分命令
（2）创建粗略(coarse)网格
◆取消勾选Max X size、Max Y
size、Max Z size，选择coarse可
创建粗略网格；
◆Display 面板可查看模型剖面网
格情况。
（3）细化(Normal)网格
1.设置网格间距
勾选Max X size 、Max Y size 、Max Z size ，设置网格间距，一般在0.1—0.5m 之间，具体项目尺寸具体设置。
1
2
4
2.局部网格加密
Odject parameters 中可对计算区域的送风口及排风口进行局部加密。（如何设置见下页）
3.选择Normal
4.Generate mesh 生成更好质量的网格。
3
（3）细化(Normal)网格
◆选中某一送风口，勾选Use per-
object parameters；
◆根据风口具体尺寸，设置风口在
Y、Z方向的网格数量；
◆依次设置需局部加密的object，
done即可。
（4）显示网格（Display）
勾选surface、All odject可
查看所有物体表面网格情况。
勾选Cut plane可查看模型
剖面的网格情况。
模型[1] m s，送风温如图，房间左下角有一个空调，送风和回风方向如图所示。送风速度为1/ 度为25℃，壁面温度为30℃。 1．建立模型及网格划分 ①建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上，这里直接读入网格文件hvac-room.msh。 ②读入网格后应检查网格及网格尺寸，通过Mesh下的Check和Scale进行实现，这里不做详细描述。 2．求解模型的设定 ①启动FLUENT。启动设置如图，这里着重说说Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。 [1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:312-317
a.几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。 b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动。 c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。 ②求解器设置。这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。如图： 下面说一说Pressure-based和Density-based的区别：
a.Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力 修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动 也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled Solver，其实也Pressure-Based Solver的两种处理方法； b.Density-Based Solver是Fluent 6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解 的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent 具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太 完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning方法来 处理，使之也能够计算低速问题。Density-Based Solver下肯定是没有SIMPLEC， PISO这些选项的，因为这些都是压力修正算法，不会在这种类型的求解器中出现 的；一般还是使用Pressure-Based Solver解决问题。 基于压力的求解器适用于求解不可压缩和中等程度的可压缩流体的流动问题。而基于密度的求解器最初用于高速可压缩流动问题的求解。虽然目前两种求解器都适用于各类流动问题的求解（从不可压缩流动到高度可压缩流动），但对于高速可压缩流动而言，使用基于密度的求解器通常能获得比基于压力的求解器更为精确的结果。 -湍流模型，Define/Models/Viscous。 ③流动模型设置。这里使用的是kε -模型，这种模型应用较多，计算量适中， a.这里我们使用的湍流模型是Standard kε 有较多数据积累和比较高的精度，对于曲率较大和压力梯度较强等复杂流动模拟效 果欠佳。一般工程计算都使用该模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程计算 要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷。 b.壁面函数的选择，我们这里选择的是，标准壁面函数法。其应用较多，计算量小， 有较高的精度。适合高雷诺数流动，对低雷诺数流动问题，有压力梯度、高度蒸腾 和大的体积力、低雷诺数和高速三维流动问题不适合。
住宅房间通风气流模型试验相似理论 中国建筑科学研究院空调所王智超 西安建筑科技大学吴志勇李安桂 摘要根据相似理论的基本原理，导出了住宅房间通风气流模型试验的相似准则以及相似比例尺之间的关系，为搭建试验台打下理论基础。 关键词住宅房间自然通风机械通风模型试验相似理论 1 引言 对于大空间建筑和民用住宅房间室内气流组织的研究，主要有计算流体力学CFD模拟和模型试验两种方法。其中，模型试验方法是较为可靠的模拟方法，它借助相似理论，在等比或缩小比例的模型中通过测量来模拟和预测室内空气参数。通过模型模拟对原型所设想的气流流动状况进行可行性分析和合理性验证，从中发现原设计中的不足和缺陷，从而加以改进完善使得通风空调设计更合理科学。但它耗时多，投资高，有时存在较大的困难。 目前对于地下水电站，地铁等大型公共建筑通风气流已做过很多的模型试验，但对于民用住宅室内通风气流模型模拟国内做的很少。本文通过模型试验的方法对住宅房间进行通风模拟试验，研究室内空气温度和速度的分布流场，以及房间气流换气均匀性和通风效果等情况，从而和实测的结果进行对比。 2 住宅房间简介 测试的住宅房间位于北京市东城区兴化西里小区内，二室一厅，住宅面积约为65m2。其中主卧的几何尺寸长、宽、高为××2.8m，客卧尺寸为××2.8m，客厅尺寸为××2.8m。在两个卧室和客厅的外窗上面都装有一个ALDES自平衡式的进风口，卫生间装有一个排风扇，厨房装有一个抽油烟机。整个房间内的通风是靠自然通风和机械通风（自然进风、机械排风）相结合的方式来进行的。 3 室内外气象参数 北京地区属暖温带大陆性季风气候区，一年四季分明。室外气象参数的计算按《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ 19－87 2001版）计算的。室外气象参数如表1所示： 表1 室外计算气象参数 本实验是在中国建筑科学研究院实验室进行的，为了保证实验的准确性，试验过程中尽量保证试验条件与室外的平均温度，平均风速保持相等，使试验情况更接近真实情况。 4 模型试验相似理论 模型试验的理论基础是相似理论。而相似准则是使模型与原型相似所必须满足的条件，也是模型设计与模型试验的基本依据，以及模型试验结果转变为原型结果的基础。
毕业设计说明书 作者：学号： 学院： 系(专业)：热能与动力工程 题目：空调房间气流组织数值模拟和优化指导者：讲师 (姓名) (专业技术职务) 评阅者： (姓名) (专业技术职务) 2012 年 6 月2 日 毕业设计（论文）中文摘要
毕业设计（论文）外文摘要 Title Numerical simulation of air-conditioned room air distribution and optimization Abstract Airflow-organizing in air-conditioned indoor air environment, air quality has an important effect is directly related to the indoor temperature, area, flow rate and air-conditioning energy consumption is an important part of the air-conditioned. Effective ventilation and airflow organization has an important significance for improving indoor air quality, to ensure the realization of healthy buildings, healthy comfort air conditioning. The main factors to affect the flow in room inlet velocity, the location of the air inlet into the return air relative position Firstly, the establishment of a physical model and mesh using Gambit software, and numerical simulations using Fluent software, said in an intuitive way the temperature field and velocity field of airflow under different air distribution program, analyzing the draw for office and other similar air-conditioned room, Side of the send side back, on sending the next time, on to send back, next to send back to the four air distribution are more appropriate. But the better Side of the send side back and on to send back on the air current forms of organization. Keywords：Airflow-organizing;Numerical simulation; Turbulence model;Temperature field;Velocity field.
实验一 室内气流组织模拟实验 一、实验目的 通过室内气流组织模拟实验，掌握常用风口、常见室内送回风口布置对室内气流分布、工作区温度速度均匀性的影响；掌握室内工作区温度和速度的测量方法、气流演示实验方法。 二、实验原理 室内气流组织的优劣直接影响室内热环境的舒适性和空调设计的实现，同时也直接影响空调系统的能耗量。通常室内工作区由余热而形成的负荷只占全室总负荷的一部分。另一部分产生于工作区之上。良好而经济的气流组织形式，应在保证工作区满足空调参数要求的前提下，使空调送风有效地排出工作区的余热，而不使工作区以外的余热带入工作区，从而达到不增加送风量且提高排风温度的效果，直接排除这部分热量，以提高空调系统的经济性。为此引入评价室内气流组织经济性指标——能量利用系数η： o n o p t t t t --= η 式中，t n 、t o 、t p 分别为室内工作区空气平均温度、送风温度及排（回）风温度。 通过实测获得能量利用系数η，以评价室内气流组织的经济性。 三、实验方法 1．气流组织测量方法 (1).烟雾法 将棉球蘸上发烟剂（如四氯化钦、四氯化锡等）放在送风口处，烟雾随气流在室内流动。仔细观察烟雾的流动方向和范围，在记录图上描绘出射流边界线、回漩涡流区和回流区的轮廓，或者采用摄影法直接记录气流形态。由于从风口射出的烟雾不大而且扩散较快，不易看清楚流动情况，可将蘸上发烟剂的棉花球绑在测杆上，放到需要测定的部位，以观察气流流型。这种方法比较快，但准确性差，只在粗测时采用。 (2).逐点描绘法 将很细的合成纤维丝线或点燃的香绑在测杆上，放在测定断面各测点位置上，观察丝线或烟的流动方向，并在记录图上逐点描绘出气流流型，或者采用摄影法直接记录气流形态。这种测试方法比较接近于实际情况。 应注意上述用于记录气流形态的摄影法对拍摄焦距、烟雾与背景的对比度等要求较高。 2．能量利用系数测量方法 分别在室内工作区、送回风口处布置温度测点，温度测量仪器采用热电偶测量，工作区温度应采用多点布置取其平均值，计算求得能量利用系数。 3．风口、气流组织的选择 目前环境室内可供测量的风口有散流器、双层百叶两种风口，可供观察的气流组织形式有上送上回、上送下回，其中散流器送风口有二个。 四、实验步骤 1. 选择一种风口形式及其气流组织方式，调整送风温度及其送风量至设定值，待稳定后进行实验；
室内气流组织数值模拟与舒适度分析 摘要：分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的室内空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟，并对其结 果进行了实验验证。根据ADPI指标对这几种送回风方式进行了热舒适性评价。 结果表明，分层空调和置换通风是室内中较好的气流组织方式。 关键词：室内；气流组织；速度场；温度场；数值模拟；热舒适 引言 传统空调系统的气流组织是以送风射流为基础的，通过反复迭代检查温度和 速度。最后，找到合理的回风方案和参数。空调房间内的供气射流大多是多个非 等温湍流射流，一般设计方法是基于单股等温紊流射流的规律，射流约束修正系数、射流重合度和非等温射流的修正系数。介绍。这种方法忽略了很多其他因素，如排风口的尺寸和位置、热源的性质和位置等，因此必然有一定的误差，在某些 情况下甚至有很大的误差。若简单地将这种方法用于空间空调系统的气流组织设计，是不合适的。 空间空调系统的气流设计没有成熟的理论和实验结论。主要研究方法是将气 流的数值分析与模型相结合。由于气流的数值分析涉及到各种可能的内部扰动、 边界条件和初始条件，所以可以完全反映房间内的气流分布，从而确定气流的最 佳方案。 1室内空气流动的有限元数值模拟 机械通风房间内的空气流动多属于非稳态湍流流动，直接模拟尚不现实。在 解决实际问题时，需要对物理模型进行一定的假设和简化处理。笔者作了以下假设： 1）室内空气为低速不可压缩气体，且符合 Boussinesq 假设； 2）室内空气流动为准稳态湍流流动； 3）忽略能量方程中粘性效应引起的能量耗散。 2各种送风方式下大空间室内气流组织数值模拟 2.1研宄对象 本文的研宄对象为有内热源、尺寸为12 mX &4 mX5.0 m（长X宽X高）的长 方体建筑模型（如图1所示），风口设在外墙侧。人员和设备由于不断放出热量，对室内气流分布特性有重要影响，将其视作内热源处理。内热源模型为0.4 mX 1.2 mX 1.3 m（长X宽X高）的长方体。在内热源模型内部不求解控制方程，把它的内表面视作速度为0的壁面。考虑模型的对称性，取一个空调送风单元（3 mX 4.2 mX 5.0 m）进行模拟计算分析。本文主要讨论0.1 m和1.1m高度的情况，这 两个平面之间的区域可以代表工作区。 2.2边界条件的处理 室内温度设定为（26±2）°C，内墙的温度设定为26°C，外墙为26.5屋顶为26°C。人体和设备的发热功率之和为600 W。本文应用有限元的非统一网格，在 人体和设备周围、外墙附近及风口附近对网格进行加密，在壁面附近采用壁面函 数法。非线性方程组由FIDAP（流体力学有限元软件包）的求解器通过迭代求解。 2.3常用送回风方式下室内气流组织模拟及气流分布特性评价
152 0 1 9 年 6 月 第2期(第38卷总147期) []摘要 民用机场航站楼空间高大、部分空间上下连通，对室内环境的舒适度要求高；本文通过CFD在深圳机场旅客卫星厅空调气流组织中的模拟研究，分析得出冷气下沉以及室外停机坪对航站楼二次辐射的不利因素是导致室内空间冷量不足的主要原因，该模拟分析结果对航站楼的优化设计具有重要的指导意义。 []关键词 高大空间；计算流体力学；分层空调；冷气下沉；停机坪二次辐射 [][] 中图分类号 TU831 文献标志码A doi ：10.3969/J .ISSN. 1005-9180.2019.02.004 何 花 （广东省建筑设计研究院，广州 510370） 深圳机场旅客卫星厅空调气流组织的CFD 模拟分析 收稿日期：2019-4-8 作者简介：何花（1970-），女，学士，教授级高级工程师，主要从事暖通空调设计，E -mail :465929976@qq .com ；广东省建筑设计研究院Abstract ：Civil airport terminal has a large space with upper and lower parts connected, which requires a high comfort level of indoor environment. By the CFD simulation of air distribution in air-conditioning in the Satellite Hall of Shenzhen airport, this article concludes that the main reasons for unsufficient cooling of indoor space are the disadvantages of the sink of cold air and the secondary radiation on the terminal from the outdoor apron. The CFD simulation results have significant guidance in the optimal design of the terminal. Keywords : Large Space ；CFD ；Delaminated Air-Conditioning ；Sink of Cold Air ；Secondary Radiation from the Outdoor Apron. CFD Simulation of The Air Distribution in the Satellite Hall of Shenzhen Airport HE Hua （The Architectural Design & Research Institute of Guangdong Province , Guangzhou 510370） 0 引言 民用机场航站楼属于公共交通建筑，具有空 间高大、上下垂直连通情况复杂、人员密度高、 停留时间长、舒适度要求高等特点，如何设计合 理的空调气流组织、营造舒适的室内热环境，成 为暖通空调专业首要的技术重点。目前多采用计 算流体力学（CFD）来解决高大空间的空调气流组织、热环境问题。1 工程概况深圳机场旅客卫星厅工程总建筑面积约23.5万平方米，建筑最高点高度为27.65m，地上4层，地下1层。地下1层主要为行李机房、捷运站台及设备管沟；首层主要为远机位候机厅、办 文章编号：ISSN1005 - 9180 (2019) 02 - 0015 - 05
某综合体项目办公大堂空调气流组织的CFD模拟分析 发表时间：2018-05-28T15:01:08.897Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第35期作者：张晓洁[导读] 高大空间建筑有体积大、空调负荷大、能源消耗量大、对空调质量要求高等特点，其气流组织方式和空调节能问题尤显重要。 摘要：高大空间建筑有体积大、空调负荷大、能源消耗量大、对空调质量要求高等特点，其气流组织方式和空调节能问题尤显重要。有效地通风和合理的气流组织对于改善室内空气品质，保证实现健康建筑、健康舒适性空调有着重要的意义。做好大空间内气流组织的CFD模拟分析，可以从人员舒适性角度考虑风口布置的合理性，满足大空间档次提升需求。同时可在室内精装设计阶段作为风口布置参考。关键词：高大空间；气流组织 CFD模拟分析；速度场；温度场 引言：空调的使用越来越普及，人们对居住和工作环境的要求也越来越高，对通风空调技术也提出了更高的要求。在空调房间内，气流组织是通风和空调系统的重要组成部分，直接影响室内空调效果，是关系着房间工作区的温度、湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度及清洁程度和人们舒适感的重要因素。随着计算机技术的发展，越来越多的项目在设计阶段利用CFD技术对空调房间气流组织进行优化和研究，从而了解由空调通风所形成的室内空气速度场、温度场、湿度场以及有害物浓度场等的分布情况，以制定出最佳的气流组织方案。本文以南宁某综合体项目办公大堂为例，对设计的空调送回风系统进行CFD模拟分析。 一、CFD技术简介 室内气流组织，是指一定的送风口形式和送风参数所带来的室内气流分布。在实际工程中，常用的气流组织形式有：侧送侧回、上送下回、上送上回、下送上回等。影响空调房间气流组织的主要因素是入口风速、进风口的位置、进回风口的相对位置等。由于影响因素较多，加上实际工程中具体条件的多样性，因此难于用简单的理论或经验表达式来综合上述诸多因素的影响。目前，在空间气流分布计算方面较多采用CFD技术进行模拟分析。 CFD是计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）的简称，是流体力学和计算机科学相互融合的一门新兴交叉学科，它从计算方法出发，利用计算机快速的计算能力得到流体控制方程的近似解。CFD兴起于20世纪60年代，随着90年代后计算机的迅猛发展，CFD得到了飞速发展，逐渐与实验流体力学一起成为产品开发中的重要手段。CFD 技术具有成本低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点，可以拓宽实验研究的范围，减少成本昂贵的实验工作量。在给定的参数下用计算机对现象进行一次数值模拟相当于进行一次数值实验。常用的CFD软件有：CFX、Fluent、Phoenics、Star-CD、comsol、star-ccm+、flow-3D、AUTODESK CFD。 二、项目概况 本综合体项目位于南宁市凤岭片区东盟商务区核心区内，北侧为民族大道，西侧为青秀路，东南侧临中新路。该项目为一栋超高层办公楼，总建筑面积约为28.73万平方米，地面以上九十层，地下三层，建筑高度为445米，集商业、办公、酒店为一体的超高层综合楼。 办公大堂位于项目首层，为三层通高，高度为16.75m，其中电梯厅区域为局部两层通高，高度为11.25m，总建筑面积为1473.24㎡。大堂空调采用全空气系统，选用两台风量为45789m3/h，冷量为136Kw的组合式空调机组，设置在二层空调机房内。空调送风口为均匀布置，回风口集中设置在电梯厅上空，大堂空调送回风口平面布置如下图所示：
室内气流组织测定 实验指导书 2008年3月 实验：室内气流组织测定 一、实验目的 1．通过对空调房间的温度、湿度、风速的测定，检查空气处理设备的实际工作能力及空调房间的温度场、速度场的分布情况，从而进一步理解空调房间的舒适度的概念。 2．通过对空调房间的各项指标的测试，了解空调房间的送风、回风口的配置。 3．学会测量仪器工具的使用方法。 二、实验仪器 红液温度计（0~150℃、±℃）、湿度计、QDF热球风速仪，单元式空气调节机组、玻璃钢冷却塔。 三、实验内容 1．空气状态参数测定 当空调系统运行基本稳定后，在室内工作区里选定一些具有代表性的点（一般不少于5个），所选的测定点应尽可能位于气流比较稳定而且空气混合比较均匀的断面上。测定点高度应离地面 1.5~2m，离外墙不少于0.5~1m，且须远离冷热源表面和不受阳光直射。再选取送风口和回风口的中心作为固定测点。选定测定点后，将温度计安
装在测定点位置，经3~5分钟后，待温度计读数稳定后才能读数记录。 测量湿度时，湿度计的安装方法和温度计相同，读数步骤也相同。 测定数据每隔0.5~1小时进行一次。 2．风量的测定 在稳定的空调房间内，我们可以通过对风口风速测定得到风量，进出风口的风速可直接用风速仪器测量，测量进出口风速时，风速仪要尽可能的靠近进出风口的中心位置，以减少误差。每隔0.5~1小时测量一次。 3．室内气流组织的测定 空气气流速度是指在工作区内的气流速度，一般要求普通空调房间工作区的风速不超过0.5m/s，这项测定可以选定用于测定室内空气状态的测定点位置同时进行。 四、数据处理 1．湿度 室内工作区的湿度可简化计算为各个测定点的湿度的算术平均值。 2．风速 室内工作区的风速可简化计算为各个测定点的风速的算术平均值。 3．温度 室内温度的计算： 式中，
大空间建筑室内气流组织数值模拟与舒适性分析 发表时间：2019-04-30T10:40:18.810Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：王雷谢恩 [导读] 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的国民经济得到了快速的发展，分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的大空间建筑空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟,并对其结果进行了实验验证。 中建三局第一建设工程有限责任公司湖北武汉 430040 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的国民经济得到了快速的发展，分别对采用百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调、置换通风方式的大空间建筑空调室内气流的速度场和温度场进行了数值模拟,并对其结果进行了实验验证。根据ADPI指标对这几种送回风方式进行了热舒适性评价。结果表明,分层空调和置换通风是大空间建筑中较好的气流组织方式。 关键词：大空间建筑；气流组织；速度场；温度场；数值模拟 引言 常规空调系统气流组织的设计是以送风射流为基础,通过反复迭代对温度和速度进行校核,最后找到合理的送回风方案和参数。空调房间的送风射流大多属于多股非等温受限湍流射流,而一般的设计方法是在单股等温湍流送风射流规律的基础上,引入射流受限、射流重合和非等温射流修正系数,这种方法忽略了很多其他因素,如排风口的尺寸和位置、热源的性质和位置等,因此必然有一定的误差,在某些情况下甚至有很大的误差。若简单地将这种方法用于高大空间空调系统的气流组织设计,是不合适的。对于高大空间空调系统的气流组织设计,目前尚无成熟的理论和实验结论,主要研究手段是将气流数值分析和模型相结合。由于气流数值分析涉及室内各种可能的内扰、边界条件和初始条件,因此能全面地反映室内的气流分布情况,从而便于确定最优的气流组织方案。 1大空间气流组织的研究意义 对于现代的工艺空调车间，不但要满足工艺方面的要求，而且还要营造良好的室内人工环境。在生产过程中必须保证生产工艺所要求的温度、风速、湿度，为生产提供条件，同时也要求提供合适的新风量，保证一定的洁净度和噪声标准，为工作人员提供良好的工作环境。在各类工艺空调建筑内，空气调节是实现这些人工环境的最佳手段。在大空间空调中，经过处理的空气由送风口进入，与室内空气进行热湿交换，经过回风口排出。空气的进入与排出，必然引起室内空气的流动，而不同的空气流动状况有不同的空调效果，合理组织室内空气的流动，使室内空气的温度、湿度、流动速度等能更好地满足工艺要求，符合人们的舒适感觉。由此可见，大空间气流组织直接影响室内的空调效果，是关系到工作区的温湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度及洁净度和人们舒适感觉的重要因素，是空气调节的重要环节，对其进行研究己口渐成为一项重要的课题。 2大空间建筑室内气流组织有限元法数值模拟 2.1物理模型假设 机械通风房间内的空气流动多属于非稳态湍流流动,直接模拟尚不现实。在解决实际问题时,需要对物理模型进行一定的假设和简化处理。笔者作了以下假设:1)室内空气为低速不可压缩气体,且符合Boussinesq假设;2)室内空气流动为准稳态湍流流动;3)忽略能量方程中由于黏性作用引起的能量耗散。4）控制方程求解与罚函数的采用应用K-ε两方程模型模拟湍流,加上连续性方程、动量方程、能量方程组成控制方程组。方程组中空气密度ρ=1.1941kg/m3,黏度μ=1.81×10-5Pas,6个经验系数的取值如下:Cμ=0.09,C1=1.44,C2=1.92,σT=0.9～ 1.0,σK=1.0,σε=1.3。对流场控制方程用有限元法求解。为防止病态方程组出现,本文采用罚函数法。罚函数模型是压力速度模型的变形形式,把连续方程作为罚函数约束导入动量方程从而消去压力项,得到只有速度项的动量方程,即令p=-λp(v)(1)式中λp是罚参数。在求解其他变量之前,将压力从全部未知量中消去,这将减少求解未知量的数目。压力在其他变量求出后重新求得。 2.2各种送风方式下大空间室内气流组织数值模拟 2.2.1下送风方式(置换通风)室内气流组织模拟 置换通风气流组织的影响因素很多,例如热源的大小和位置、送风温度以及障碍物的高度和位置等。由于长方体内热源模型的假设不能很好反映置换通风的流动特点,所以在此将内热源简化为一个处于房间底部正中间的面积为0.4m×0.4m的面热源,热源温度为40℃。为了模拟热源气流的上升,假设送风速度为0.3m/s,考虑冷气流的特点,假定地面温度为22℃,其余边界条件与前文相同。置换通风的送风温差一般为2～4℃,本文取4℃,则送风温度为22℃,送风速度为0.25m/s,送风口尺寸为1.0m×0.5m。尺寸为1.0m×0.5m的回风口布置在屋顶靠近置换装置的一侧,回风速度为0.35m/s。模拟显示z=0.1m断面上平均温度为22.66℃,平均速度为0.025m/s。 2.2.2边界条件的处理 室内温度设定为(26±2)℃,内墙的温度设定为26℃,外墙为26.5℃,屋顶为26℃。人体和设备的发热功率之和为600W。本文应用有限元的非统一网格,在人体和设备周围、外墙附近及风口附近对网格进行加密,在壁面附近采用壁面函数法。非线性方程组由FIDAP(流体力学有限元软件包)的求解器通过迭代求解。 2.3五种送回风方式室内气流分布特性评价 对舒适性空调来说,评价标准不外乎舒适性和经济性两个方面,前者是对气流在工作区形成的温度场、速度场能否满足人员的卫生和舒适要求的评价,后者则考虑为消除工作区的余热,送风的耗冷量是否最低。对气流组织性能有多种评价指标,如温度不均匀系数kt,速度不均匀系数kv,符合给定条件测点比例数F,以及能量利用系数η等。 3送回风参数对地面附近温度场和速度场的影响 前面我们对子午胎车间在冬夏两季最不利情况下进行了气流组织模拟预测，并对其设计效果进行了评价，结果表明原来的设计将使车间内冬季温度偏高，夏季温度偏低，不利于节能。这一章中我们将对夏季最不利工况进行研究，模拟预测子午胎车间在不同送风参数和回风口高度下的温度场和速度场，对比分析找出最佳送风参数和回风口高度，力图得出同类大空间车间的设计规律。 4结论 从流场情况看,上送风的几种形式中,百叶侧送侧回、喷口侧送侧回、散流器顶送下回、分层空调有相似的气流流动规律,但分层空调较为节能;喷口送风工作区平均温度、速度均较低,垂直温差、不均匀系数均较小,能量利用系数较大;散流器顶送下回方式气流在整个空间的分布较均匀,可较好地减少内热源对周围环境的热影响(z=1.1m平面上最高温度值比其他方式小),但其平均速度较大,在风口下部的人有吹风感;百叶
袋式除尘器气流组织的数值模拟分析 张景霞1沈恒根1方爱民 2 李瑾2 （ 1东华大学环境科学与工程学院，上海；2国电环保研究院，南 京） 摘要：采纳流体动力学CFD软件对袋式除尘器中单元模块的除尘空间气流组织进行数值模拟分析，给出了不同位置的布袋不同高度上气流速度图，将模拟结果与实际工程运行情况对比，分析其可靠性，为袋式除尘器的改进和设计提供理论依据。 关键词：袋式除尘器数值模拟气流组织流场 Numerical simulation on air distribution in bag-filter Zhang Jing Xia1, Shen Heng Gen1, Fang Ai Min2, Li Jin2 (1 Collage environment of science and engineering, DongHua 1 / 1
University; Shanghai 2 The research institute of electric power environmental protection, Nanjing) Abstract: With the computational fluid dynamics software CFD, the air distribution of flow field of bag-filter were simulated，the plot of filter velocity distribution in different position of the bag-filter and different height on a bag were got. The result of numerical simulation is reliability in contrast with the fact condition. All of these offer a reference to the design and improvement of bag filter. Keywords: bag-filter, numerical simulation, air distribution, flow field 袋式除尘器，由于气流不均，造成箱体内某个位置的布袋和布袋的 1 / 1
空调房间室内气流组织模拟(ｆｌueｎｔ）
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模型[1] m s,送风温度为?如图,房间左下角有一个空调，送风和回风方向如图所示。送风速度为1/ 25℃,壁面温度为30℃。 1．建立模型及网格划分 ①建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上,这里直接读入网格文件hvac-ｒoｏｍ.ｍsｈ。 ②读入网格后应检查网格及网格尺寸,通过Meｓh下的Check和Ｓcａle进行实现,这里不做详细描述。 2．求解模型的设定 ①启动FLＵEＮT。启动设置如图,这里着重说说DoublｅPrecｉｓｉon(双精度)复选框,对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。 [1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:312-317
a.几何特征包含某些极端的尺度(如非常长且窄的管道）,单精度求解器可能不能 足够精确地表达各尺度方向的节点信息。 b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特 别大(因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动。 c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格,使用单精度求解器可能会遇到收敛 性不佳或精确度不足不足的问题,此时,使用双精度求解器可能会有所帮助。 ②求解器设置。这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。如图: 下面说一说Pressｕｒe－based和Deｎsitｙ－baｓed的区别:
气流组织的校核 空气调节区的气流组织（又称为空气分布），是指合理地布置送风口和回风口，使得经 过净化、热湿处理后的空气，由送风口送入空调区后，在与空调区内空气混合、置换并进行热湿交换的过程中，均匀地消除空调区内的余热和余湿，从而使空调区（通常指离地面高度为2m 以下的空间）内形成比较均匀而稳定的温湿度、气流速度和洁净度，以满足生产工艺和人体舒适度的要求。同时，还要由回风口抽走空调区内空气，将大部分回风返回到空气处理机组（AHU ）、少部分排至室外。 影响空调区内空气分布的因素有：送风口的形式和位置、送风射流的参数（例如，送风 风量、出口风速、送风温度）、回风口的位置、房间的几何形状以及热源在室内的位置等，其中送风口的位置和形式、送风射流的参数是主要的影响因素。 5.1 双层百叶风口的气流组织校核： 标间、套房、咖啡厅以及洽谈室内风机盘管加新风系统选取上送侧回的双层百叶风口送 风。选取三层十二号老人活动室为 例，进行气流组织的校核计算。该房间其空调区域室温要求为26℃，房间长为A=5m ，宽为B=4.2m ，高为H=4.0m ，室内全热冷负荷Q=3229W 。 ①：根据空调区域的夏季冷负荷、热湿比和送风温差，绘制空气处理的h-d 图，计算夏 季空调的总送风量Ls （m 3/h ）和换气次数n （1/h ）： ) (2.16.3hS hN Q LS -= ----------------- (5-1) H B A L n s **= ---------------- (5-2) 式中： Q ——空调区的全热冷负荷，W ； h N 、h S ——室内空气和送风状态空气的比焓值，kJ/kg ； A ——沿射流方向的房间长度，m ； B ——房间宽度，m ； H ——房间高度，m 。 通过计算可得： Ls =1038 m 3/h n=13 1/h ②：根据总送风量和房间的建筑尺寸，确定百叶风口上网型号、个数，并进行布置。送 风口最好贴顶布置，以获得贴附射流。送冷风时，可采取水平送出；送热风时，可调节风口外层叶片的角度，向下送出。 ③：按照下式计算射流到达空调区域时的最大速度V x （m/s ），校核其是否满足要求： x Fs c b s k k mv Vx = ---------------- (5-3) 式中： Fs ——送风口的计算面积，㎡；
数据机房CFD模拟报告 一、机房内主要参数 (2) 二、三维建模 (5) 三、温度场模拟 (8) 3.1各截面温度分布图（设定地板高度为0m） (8) 3.2机柜及空调通风口温度分布图 (12) 四、速度场模拟 (14) 4.1房间型空调送、回风流线图 (14) 4.2行间空调送、回风流线图 (16) 4.3各截面风速、风压分布图（设定地板高度为0m） (17) 4.4各通风地板风量分布图 (18) 4.5各机柜通风量分布图 (19) 五、模拟结果分析 (19)
一、机房内主要参数 机房总面积404㎡（含空调间），高度4.8m，高架地板高度1m。 房间型空调数量（7+2）台（全部热备状态运行），单台空调额定显冷量（回风温度35℃）160kW，额定风量40000m3/h，最低运行风量20000m3/h，下沉式风机，变风量运行，空调尺寸：宽x深x高=2550x1000x2000mm。 9台房间型空调实际运行参数如下表： 24kW，额定风量5000m3/h。空调尺寸：宽x深x高=300x1200x2200mm。 4台300mm宽列间空调实际运行参数如下表：
600mm35℃）40kW，额定风量8500m3/h。空调尺寸：宽x深x高=600x1200x2200mm。 10台600mm宽列间空调实际运行参数如下表： 8kW网络核心机柜数量18台，机柜尺寸：宽x深x高=800x1200x2200mm。 12kW网络核心机柜数量6台，机柜尺寸：宽x深x高=800x1200x2200mm。
20kW网络核心机柜数量18台，机柜尺寸：宽x深x高=800x1200x2200mm。总热负载851kW。 通风地板158块，地板通风率50%。
某会议厅室内气流组织数值模拟与舒适度分析高大空间建筑现今已经成为世界范围内较为普遍的建筑形式，它是时代发展的产物，同时也体现了人们对建筑美学、室内装修、室内热舒适度、室内气流组织的均匀性分布等各种要素的更高要求。根据不同建筑形式及建筑使用功能，每种高大空间都具有其特殊的结构、负荷、能耗等特点，在空调系统气流组织设计时要同时考虑温度、湿度和风速的分布情况、能耗的大小和舒适性好坏等各种综合因素。人们逐渐将注意力及研究重心转移到对高大空间空调系统末端的气流组织设计研究上。近几时年来，计算流体动力学（CFD, Computational Fluid Dynamics）技术发展的很快，利用CFD数值模拟技术模拟预测高大空间的温度场、速度场、热舒适性并优化气流组织设计方案的方法技术已经比较成熟。 本论文选取北京市某公共建筑的高大空间会议厅为研究对象。首先，根据建筑的设计空间尺寸、基础空调设计参数、空调系统设计方案等，选取所要研究的物理模型及数学计算模型，借助FLUENT公司为暖通专业开发的AIRPAK2.1软件对空调系统设计方案温度分布、速度分布及热舒适性进行三维数值模拟研究。通过对一系列不同工况的比较、分析优选出较为完善方案并将其应用到实际工程中。其中数学模型模拟计算采用k ε两方程紊流模型。 然后，对所研究的高大空间会议厅进行现场实际测试，并将完善后的气流组织模拟所得结果与实际测试结果作对比，达到验证CFD模拟技术的可靠性目的。研究结果表明：1.在一个设计良好的气流组织设计中，送风口的送风速度及送风口的型式都是需要重点考察的的设计参数。本论文通过对不同工况的比较分析，综合考虑，最终完善方案采用侧送下回与上送下回相结合的气流组织型式；2. 通过对不同工况、不同的气流组织型式进行数值模拟并定性分析、定量比较，最终综合各方因素选定比较合理的气流组织方案，为实际工程设计提供有利参考； 3.通过对本工程夏季空调工况下实测值和数值模拟数值的对比分析，可以验证CFD数值模拟技术的可靠性，并证明由FLUENT软件公司开发的针对模拟室内环 境的AIRPAK2.1软件能够为高大空间类建筑空调系统优化方案设计、预测气流组织分布、评价热舒适指标等。
不同送风方式下室内气流组织及颗粒物分布的模拟实验研究随着经济发展和科技技术的不断提高,人类的生活水平也随之上升,人们对 生活物质方面的消费更加注重品质。空调系统给人们带来室内舒适的环境,也起到通风除污的效果,为人们工作和居住带来一个健康舒适的空间。在节能与健康的基础上,我们通过实验和模拟等方式来对空调系统进行研究,以提出新的观点 和方法,为人们的健康发展做出努力。本文首先介绍不同气流组织形式及气流组织形式的评价指标,详细介绍本文研究中所使用的实验系统及测量系统,并介绍 了仿真软件Fluent及模拟所应用的物理模型,本文采用RNG k-ε模型与壁面函 数法作为室内空气流动的湍流模型。 本文分别进行了双侧送上回和双顶送上回的实验,通过改变回风口位置和不同风机频率,研究室内气流组织变化情况。分别测得各实验工况下的室内速度场和温度场,并对数据进行整理分析,研究表明,对于改变风口位置实验,除送风口 射流对面墙附近位置以及风口位置的速度场和温度场有所变化,其他位置并无影响。而改变风机频率之后,室内的速度场和温度场有明显变化,但是气流组织形式基本不变。通过建模、划分网格,计算采用的边界条件假设尽量符合实验要求, 利用Fluent模拟软件进行计算,将实验和模拟结果进行分析和对比,找出实验中存在的误差,同时也验证了模型的可靠性。 应用该模型研究了室内存在挡板时不同送风方式下,室内颗粒物的扩散情况。通过改变颗粒物粒径大小以及颗粒物产生源的不同位置来进行对比和分析,计算了不同工况下室内的通风效率以及能量利用系数。以此来综合评价不同的气流组织形式在改善室内空气品质方面的差异。研究表明:挡板的存在影响侧送风气流流动,使得室内颗粒物不容易排出,由于顶送风位置与挡板在同一截面,所以顶送风受影响较小。 增大颗粒物直径,由于重力影响,大颗粒物有明显“惰性”,并不容易排出室内。降低颗粒物释放源位置后,侧送风变化效果并不明显,而顶送风则变化较大。