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。