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气流组织数值模拟

气流组织数值模拟

气流组织形式对室内空气环境影响的数值模拟

不同的气流组织方式会形成不同的速度场、温度场、相对湿度、洁净度或有害物浓度场,直接影响通风空调系统的效果与经济性。对置换通风与其它通风方式的全面比较研究较少。研究应用计算流体力学方法,以办公室内的实际情况,进行不同气流组织方案下的通风效果模拟。

物理模型及简化假设

本文研究办公室内四种气流组织的物理模型:混合通风空调系统模型A(上送上回式);混合通风空调系统模型B(侧送侧回式,回风口在墙上部);混合通风空调系统模型C(侧送侧回式,回风口在墙下部);置换通风空调系统模型D(表1)。气流组织形式D见图1(其余三种模型只是风口尺寸与位置有差别)。办公室及其设备模型取自典型的Sebric置换通风测试算例。

为简化模型并减少计算量,必须对实际的室内气流做一些假设:a.连续性的介质;b.定常的流场,实际情况中,气流经各送风口以均匀的速度送入室内,一段时间后,送风空气与室内空气充分混合,室内整个流场处于稳定状态,此时房间的流场可视为定常流(没有外部气流的干扰);c.空气视为不可压缩;d.墙壁、天花板和地板的假设。房间类型为办公室,各物理模型根据实际情况取不同的边界条件。为简化影响因素,选择位于四面及楼上楼下均有相邻房间的建筑物内区,因此不考虑围护结构的传热。

室内温度场与速度场分析

(1)对于散流器送风的形式 A,气流由方形散流器垂直射入室内,受浮升力及射流不断卷吸周围空气的影响,射流速度逐渐减小,受到地面的阻碍后转向两侧流动。由于墙壁和室内障碍物的阻碍及热源的影响,气流在室内会形成多个回流区。在送风口下方的气流速度比周围的大得多,使室内人员有明显的吹风感,影响其舒适度。

(2)对于形式 B,气流水平射入,受重力作用呈抛物线流动,但又受浮升力作用,速度逐渐减小,一部分气流遇到障碍物后向近壁面(右墙 )流去,另一部分“抛物”气流遇地面改变方向,向左壁面流去,碰到壁面开始爬升,使左下部出现回流现象。一部分气流水平射入后,受到出口的卷吸作用直接流出房间,即短流现象,使送入的新鲜空气部分流失而造成能源损失。通观房间对称面全场,气流速度差别过大,舒适度也不高。

(3)对于形式C,与B相比,由于回风口的位置布置在对面墙壁的下方,送入的新鲜空气不会直接流出房间。送风气流与室内空气混合更好,使室内的温度场和速度场分布更均匀,但两者气流分布的情况差别不大。

(4)对于形式 D,室内气流以类似层流的活塞流状态缓慢向上移动,温度由下至上逐渐升高,呈明显层状分布。由于新风的温度低于室内温度,相对密度较高,进入房间后先向下流动,停留在室内地板上,形成一个“新风湖”。当气流到达一定高度遇到障碍物和热源(如人体、计算机)时,新风受热上升,降低发热物体的表面温度,带走热量。人体及计算机等热源周围特别是顶部区域,随高度增加温度明显上升,形成“热羽”区域,正是以“热羽”形式的上升气流,将周围热空气卷吸其中,逐渐上升并最终通过回风口排出房间,在工作区域内形成典型的“置换”流动。

研究结论

置换通风方式在污染物的排除及热舒适等方面优于其它气流组织形式。混合通风的不同气流组织形式,通风效率与热舒适效果存在差异。选择适宜的气流组织形式具有十分重要的意义。

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气流组织关系

通风过程与气流组织的关系

研究背景

在给定条件下,气流组织形式确定之后,通风空间的气流流场也就随之确定,那么通风过程也就确定。因此,所有流体元素自进入通风空间到离开,所经历的时间(即驻留时间)均值即为定数。但是,每一种流体元素在室内的驻留时间是随机变量,若以τ表示,则τ=0~∞,驻留时间的分布函数F(τ)可以表示成:

(1) 当采用示踪气体法来测量通风过程时,由于示踪气体(如CO2)在通风气流中的浓度具有线性累加特性,因此,可以直接采用排风管内的浓度Ce(τ)/Ce(∞)来表示驻留时间的分布函数,即 F(τ)= Ce(τ)/Ce(∞)。

(2) 上式在Ce(τ)和Ce(∞)分别为排风管内时刻τ和时刻∞的浓度。

(3) 研究表明,在给定条件下,值大小完全由气流组织所确定,如果流场中的回流和涡流比较多,那么值比较大,通风过程就比较慢。反之,值比较小,通风过程就比较快。当流场中的回流和涡流趋近于零时,流场成为完全单向流,此时值最小,通风过程最快。所以,驻留时间均值是度量通风过程的良好尺度。

通风效果与通风过程的关系

我们利用通风过程方程式来描述通风过程,假设通风空间体积V,有害物质发生量,通风量L及通风时间τ,根据质量守恒,得到通风过程方程式:(1)式中M(τ)为室内时刻τ的有害物累积量。当τ=∞时,通风过程达到平衡状态,则可解出室内平均浓度;(2)式中TV=V/L,称为通风过程额定时间常数。由于室内平均浓度是评价通风效果的主要指标,所以式(2)正好表明了通风效果与通风过程的相关关系。可以看出愈小,通风过程愈快,通风效果愈好。

通风效率

不难看出,通风效果取决于通风过程,而通风过程又完全由气流组织所确定。因此,为了考虑气流组织对通风效果的影响,引出通风效率的概念。众所周知,当室内气流为完全单向流时,流场中无回流和涡流,所以驻流时间均值最小,而且沿流动方向的浓度呈线性增加,在排风管内达到最大值。通风效率是表示某一气流组织与单向流的接近程度。 以上分析表明,对于以排除有害物质为主要目的的室内通风,为了提高通风效率,气流组织型式应尽量接近单向流,如采用局部单向流通风、矢流送风以及吹吸式通风等。但必须指出,这些通风效率比较高的气流组织型式,必须有性能良好的末端装置与之相配合。

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气流组织定义

气流组织是指对气流流向和均匀度按一定要求进行组织。同时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。

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气流组织数值模拟常见问题

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气流组织数值模拟文献

室内气流组织数值模拟及仿真软件 室内气流组织数值模拟及仿真软件

室内气流组织数值模拟及仿真软件

格式:pdf

大小:511KB

页数: 4页

室内气流组织数值模拟及仿真软件——不同的气流组织形式对室内空气品质会产生影响,用CFD技术模拟气流组织具体影响,将室内空气品质的研究体现在工程设计上是必要的。本文就数值方法和相关的气流组织模拟软件作了分析和介绍,并说明了在应用过程中的步骤。

空调房间气流组织数值模拟 空调房间气流组织数值模拟

空调房间气流组织数值模拟

格式:pdf

大小:511KB

页数: 5页

空调房间气流组织数值模拟——应用计算流体力学(cFD)软件FLUENT对夏季空调房间内常见的上送下回、下送上回等几种气流组织方案进行了模拟计算,分析了上这下回方式在送风速度变化时,室内空气的速度和温度的变化规律,并研究了室内空气在各种气流组织形式下的速...

气流组织形式有哪些

房间内合理的气流组织主要取决于送风口的形式和位置。目前,常见的气流组织形式有:

①侧板送风是目前常用的气流组织形式。

风道位于房间上部,沿墙敷设,在风道的一侧或两侧开送风口。可以上送风,上回风,也可以上送风,下回风。

它的特点是风口应贴顶布置,形成贴附式射流,回风区进行热交换。回风口设在送风口的同侧,风速为2~5m/s。冬季送热风时,调节百叶窗使气流向斜下方射出。

①散流器送风散流器送风可以进行平送和侧送。它也是在空气回流区进行热交换。射流和回流流程较短,通常沿顶栅形成贴附式射流时效果较好。它适用于设置顶栅的房间。

②条缝送风通过条缝形送风口进行送风,其射程较短。温差和速度变化较快,适用于散热量较大只求降温的房间,例如纺织厂、高级公共民用建筑等都有采用条缝送风。

③喷口送风经热、湿处理的空气由房间一侧的几个喷口高速喷出,渡过一定的距离后返回。工作区处于回流过程中,这种送风方式风速高,射程远,速度、温度衰减缓慢,温度分布均匀。适用于大型体育馆、礼堂、剧院及高大厂房等公共建筑中。

④孔板送风利用顶栅上面的空间作为静压箱。在压力的作用下,空气通过金属板上的小孔进入室内。回风口设在房间下部。孔板送时,射流的扩散及室内空气混合速度较快,因此工作区内空气温度和流速都比较稳定,适用于对区域温差和工作区风速要求严格,室温允许波动较小的场合。

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变风量系统气流组织

一般的空调系统的送风口都是定截面的,导叶角度也很少改变,所以当风量减少时,势必影响室内气流组织。

国外通常采用空气分布特性指标ADPI来评价房间的气流组织性能。该指标综合考虑了空气温度、气流速度和人的舒适度三方面的因素。如果ADPI=100%,表示全室人员都感到舒适;ADPI达到80%,即可认为是满意的气流组织效果。有关的气流组织试验结果表明:在变风量送风的情况下,条缝散流器和灯具散流器在较大的风量变化范围内,ADPI均可保持在80%以上,说明这两种送风口的性能较为理想。

所以,在VAV系统中一般不使用普通的方形或圆形散流器,而用是条缝散流器,侧送风口更是极少采用。

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精密空调气流组织

程控交换

下送风形式的气流从空调机的底部送出,在机房地板下流动,比较容易分布到房间的各个角落。通过活动地板开口进入机房内冷却设备,并从空调机的上部回风。这种送风方式是绝大部分机房所采用的气流组织方式。

按交换机"门"或"线"数概算:2.4~3.5kcal/h·门或线;

按交换机房"面积"校核:165~222w/m2[150~200kcal/h·m2];

*.交换机散热量随话务量的增减而变化,但其变化量不大;

*.在室外环境温度特别高的地区如50℃,可按每100m2约8.2kw考虑机房本身的散热量;其它气候条件则无须考虑。

计算机房

3.3 计算机房

3.3.1 按单位面积估算冷量:

中国 机房在单层建筑内 290~350w/m2 [250~300kcal/h·m2]

机房在多层建筑内 175~290w/m2 [150~250kcal/h·m2]

前苏联450~565w/m2 [390~485kcal/h·m2]

美国350~405w/m2 [300~350kcal/h·m2]

日本407~525w/m2 [350~450kcal/h·m2]

备注:1、随着计算机集成电路、超大规模集成电路及芯片技术的发展,计算机体积越来越小,散热量也较以前大为降低,相应地估算指标也需要作一定的调整;但随着网络技术的发展,要求计算机的可靠性更高,运行速度更快,相应地散热量又有所增加,因此,冷量的估算应当结合实际情况综合考虑。

2、对于绝大多数机房(设备发热量一般),在无法准确计算机房内的设备发热量的情况下,在进行精密空调选型时可直接按照290~350w/m2即0.29-0.35KW/m2(等同于250~300kcal/h·m2)的标准进行设计,而为了安全起见,大多数情况下都按照0.35KW/m2(即300kcal/h·m2)的标准进行设计(2014年该值已经上升到1KVA/M2)。

3.3.2 按计算机房内设备的散热量估算冷量:

在国外有的公司往往以整套计算机设备安装电功率进行计算,在国内还应乘以一定值的系数

① 主机设备的散热量 Q=1000NK

Q──散热量 w

N──主机设备安装功率 kw

K──总系数,国产设备取0.4~0.5;进口设备取0.6~0.8

② 外部设备的散热量 Q=1000NK

Q──散热量 w

N──外部设备安装功率 kw

K──总系数,国产设备取0.2~0.3;进口设备取0.5

3.3.3 照明灯具散热量 Q=1000n1n2n3N

3.3.4 人体散热量和散湿量 Q=nq W=nw

备注:

1. 由于实际选型时往往按空调机的系列型号规格向上取整,这样就留有一定的安全系数,因此3,4项的散热量可以忽略不计;

2. 其它电讯机房的选型可参照计算机房的参数进行。

系统新风量

3.4 机房精密空调系统新风量

按下述三项中取其中的最大一项:

3.4.1 按机房人员取40m3/h·p

3.4.2 维持机房室内正压所需的风量

3.4.3 取机房空调总风量的5%(出于能源节约,为了降低新风系统耗能,2014年规范及行业实施均已无此条下限限制。)

地板送风口风速:1.5~2.0m/s

地板送风口总开孔面积占地板面积的0.6%(出于能源节约,高通孔率80%以上的地板风口加静压控制已经在普及)

热功换算

3.5 常用热功单位换算

3.5.1 压力换算

1巴(bar)≈1公斤力/厘米2(at)≈1标准大气压(atm)≈100000帕斯卡(pa)

3.5.2 冷量换算

1匹(PS)=2500大卡(kcal/h)

1千瓦(kw)=860大卡(kcal/h)

1匹(PS)=2.9千瓦(kw)

1冷吨=3024大卡(kcal/h)

1BTU/h=0.2519大卡(kcal/h)

备注:以上数据均来源于国内外各种设计手册、技术标准和统计报告,并经本公司多年的销售选型经验检验、认可。

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