空调房间室内气流组织模拟(fluent)
空调房间内气流组织的数值模拟
10
制冷与空调
2004 年第 1 期
高雷诺数 k－ε模型包括上述 k 方程、ε方 程及连续性方程、动量方程、能量方程，此模型 因适用于离开壁面一定距离的高雷诺数紊流区域 而得名。这里的雷诺数是指局部区域的紊流雷诺 数，定义为 Re t = ρk / εµ 。当某区域的雷诺数
2
大于 1 时，就称它为高雷诺数区域，在此区域内 的分子粘性可以忽略。对于空调房间内的气流， 室内气流具有高雷诺数，采用 k－ε模型，壁面 附近的流动视为具有简单的紊流边界层流动，采 用壁面函数法。 高雷诺数 k－ε模型与壁面函数法相结合后 就能模拟整个室内气流了。 ［４］ ３．２ 低雷诺数 ｋ－ε模型 采用低雷诺数 k－ε模型使方程组可以从紊 流旺盛区一直引用到壁面，常用的是 Lam-Bremhorst 模型， 在该模型中对式 （1） － （3） 作如下的变化即可：
∂t ∂x j
1 T
∫
T
0
ϕdt ，其中 T 大大超过
∂u ＝ ∂ µ + µ t ∂k + µ t ∂ui ∂ui + j − ρε ∂x j σ k ∂x j ∂x j ∂x j ∂xi
脉动周期，同时又大大小于流动宏观变化周期。 脉动值定义为 ϕ ′ = ϕ − ϕ 。按照以上方法，对 Navier-Stokes 方 程 组 进 行 时 均 运 算 ， 得 到 Reynolds 时均方程组，其中 Reynolds 应力项
Numerical Simulation of the Airflow in Air Conditioning Room
Du Lichun Pei Feng Huainan 232001) (Anhui University of Science and Technology
夏季办公室空调房间气流组织的数值模拟
中 图 分 类 号 Ｔ ３ Ｕ８ １ 文献标识码 Ａ
ＴｈｅＮｕｍｅ ｉ ａ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏｆ ｒ ｌ ｗ ｓｒ ｂｕ ｉ ｎ ｉ ｒ ｃ ｄｉｉ ｎ ｎｇ ０ｆｉ ｅｉ ｒｃ ｌＳｉ ｌ ｔｏ ｆｏ Ｄｉｔ ｉ ｔｏ ｎ Ａｉ－ ｏｎ ｔｏ ｉ ｆｃ ｎ Ｓｕｍ ｍｅ Ａｉ ｒ Ｚｈ ｎｇＷ ｕ ｏ
第 ２ 卷 第 ３期 ５ ２ １ 年 ６月 ０１
制 冷 与空 调
Ｒｅ ｉ ｅ ａｉ ｎ ａ ｄ Ａｉ Ｃｏ ｄｔｏ ｉ ｇ ｒ ｆ ｇ ｒ ｔ ｎ ｒ ｎ ｉ ｎ ｎ ｏ ｉ
Ｖｌ ．５ Ｎｏ ３ ｏ ２ ． １ Ｊ ｎ． ０ ．０ ￣ ３ ８ ｕ ２ １ ３４ １ ０
平 不 断提 高 ， 对居 住和 工作 的建筑 环 境有 了更 高 的
等方 面 的要求 。 公 室室 内 良好 舒适 的环 境可 以使 办 人们精 神愉 快 ，工 作效 率提 高 。对办 公 室空调 房 间
的气 流组 织进行 数值 模拟 计 算 ， 并通 过对 结果 的 分 析来 更好 的指 导实 际设 计 ， 对于 改善 室 内空气 品 这 质 ，创造 舒适 的工 作环 境有 着重 要 的意义 。 Ｃ Ｄ （ ｏ ｕａｉｎ ｌ ｌｉ ｎ ｍｉｓ Ｆ Ｃ ｍｐ ｔｔ ａ ＦｕｄＤｙ ａ ｃ ，计算 流 ｏ 体 动力 学 ） 是建 立在 经 典流体 力学 与数 值计 算方 法
ｂ ｔ ｍ ｆ ｈ ｏ Ａｉｖ ｌｃｔ ｅｄａ ｄａｒ ｅ ｅａｕ ｅｆ ｌ ｅｓｍｕａｅ ｙＦ ｕ ｎ ｏ ｗａｅａｅｐ ｅｅ ｔｄ Ｔ ｅｖ ｌｃｔ ｅ ｔｒ ｏｔ ｏ ｅｒ ｍ． ｒ ｅｏ ｉ ｆ ｌ ｎ ｉ ｍｐ ｒｔｒ ｅｄｂ ｉ ｌｔｄｂ ｌｅ ｔｓｆ ｒ ｒ ｒ ｓｎｅ ． ｈ ｅｏ ｉ ｖ ｃｏ ｓ ｏ ｔ ｏ ｙｉ ｔ ｉ ｔ ｙ
低温送风空调系统气流组织的模拟分析
低温送风空调系统气流组织的模拟分析随着工业的发展和进步，对温度控制及能源利用的要求不断提高，传统的空调系统的功能已无法满足现代人的需求。
在此背景下，低温送风空调系统出现了，它以低温度的形式将空气分布在房间内。
但是，为了达到最佳的室内空气分布效果，模拟分析低温送风空调系统的气流组织是不可避免的。
低温送风空调系统气流组织模拟是一项重要的工作，这需要空调计算机手动建立三维虚拟空间，并结合室内结构特征和低温送风空调系统的工作状况，模拟气流运动状况。
具体而言，首先，空调计算机建立室内三维虚拟空间，确定空间中的建筑物、家具及其他装饰品，捕捉室内空调系统的工作状态（如低温送风的温度和风速），然后手动调节参数，使虚拟空间有利于低温送风空调系统的气流运动。
接下来，空调计算机根据室内建筑物、家具和低温送风空调系统的工作状态，根据流体力学相关理论（如压力场、湍流流动等），将模拟出的数据运用到空调模拟软件中，进行详细的模拟分析，求出气流分布的流量，温度，压力和湍流质。
通过这些变量的模拟分析，可以准确地模拟出送风口处的气流成型，可以清楚地掌握空气在房间内的流动过程。
随后，研究者可以根据模拟结果，对低温送风空调系统进行调整，以达到最优的室内空气分布效果。
此外，通过模拟分析，还可以清楚地了解室内的湍流分布情况，方便后续的其他流动分析工作，如机械对流，迎风放热，热振荡，湿度控制等。
总之，模拟分析低温送风空调系统气流组织是保证室内空气分布效果的一个重要步骤，它不仅能够模拟出送风口处的气流成型，而且还能清楚地了解室内的湍流分布情况，从而更好地应用到空调系统的调整和优化中去。
一般来说，低温送风空调系统气流组织模拟分析基于以下三个步骤：一是根据室内结构特征构建三维虚拟空间；二是捕捉室内空调系统的工作状况，模拟气流运动状况；三是根据室内空调系统工作状况，进行气流分布结构的模拟分析，以达到室内空气最佳分布效果。
通过空调模拟软件，可以准确地预测和模拟影响室内最佳空气分布的变量，如温度、流量、压力分布……最后，空调计算机根据模拟结果，调整参数，从而实现最优化的空气分布，保证室内空气质量。
空调房间内气流组织的数值模拟
ε方程： ∂( ρε ) +
∂t
∂ ( ρµ j ε ) ∂x j
∂u i ∂u j + ∂x j ∂xi
(2)
＝
− ρ u 'j u i' 是一个二阶张量，根据对这一项的处理
不同，紊流输运模型又分为以下两种情况： （1） 雷诺应力模型 （二阶封闭模型） ， 该模型最早由周 培源于 1945 年提出， 其又分为雷诺应力输运方程
− ρ u 'j u i' ＝ µ t ( ∂u i + ∂u j ) − 2 δ i , j ρk 。 （1）
∂x j ∂xi 3
式中：k＝
1 2 (u ' + v' 2 + w' 2 ) ，单位质量流 2
体紊流脉动动能
µ t = C µ Fµ ρK 2 / ε ，紊流粘性系数
ε，紊流动能耗散率 由以上定义，即可将 N－S 方程推得 K 方程 和ε方程 K 方程： ∂ ( ρk ) + ∂ ( ρµ j k )
20.5 ) 2 1 + Re t
2
0.05 F1 = 1 + Fµ
3
F2 = 1 − e − ( 5 Ret )
Ry =
k yn v
研究表明低雷诺数 k－ε模型整体性能优于 高雷诺数 k－ε模型加壁面函数法，但其消耗的 ［ ］ 计算时间较多 4 。工程上使用较多的是高雷诺数 k－ε模型加壁面函数法。 ４、数值方法 ４．１ 离散方法 对于一个已知的偏微分方程，可能的离散化 方程并不是唯一的。根据离散方程的体系不同可 分为有限差分法、有限元法、边界元法、涡方法、 谱方法等，应用最广的是有限差分法。推导差分 方程的方法主要有泰勒级数法、变分公式法、加 ［ ］ 权余数法、控制容积法等 2 。在这些方法中，泰 勒级数法偏重于从数学角度进行推导，把控制方 程中的各阶导数用相应的差分表示式来代替，而 控制容积法着重于从物理观点来分析，每一个离 散方程都是有限大小容积上某种物理量守恒的表 达式。 根据分段差值函数的不同，常用的差分格式
某报告厅变风量空调系统气流组织的数值模拟
某报告厅变风量空调系统气流组织的数值模拟随着改革开放进程的日益发展，人们工作、办公水平有了极大的提高，各式各样的办公建筑应运而生，这其中便包含报告厅。
报告厅属于人员密集型建筑，使用时间上随机性也很大，若要求室内参数随时满足人员需求，其空调系统的运行调节便显得尤为重要。
一个空调系统良好的运行策略不仅能带来舒适的室内环境，还能节约大量的能源，对于国家节能减排任务也是一个有力的支持，因此作为建筑耗能大户的空调系统的运行节能自然被重视起来。
对于报告厅这种人员密集型建筑而言，由于其热、湿负荷很大且不均匀性很强，考虑到运行节能及调节方便，最好设计成全空气变风量空调系统（VAV）。
VAV空调系统能较好的适应负荷的变化，随时改变系统风量达到运行节能，但是如果VAV空调系统部分负荷下的气流组织效果不好就难以达到良好的室内空气品质，同时也达不到节能的目的。
为此本文以某报告厅的VAV空调系统为研究对象，运用计算流体力学软件Fluent对此此空调系统部分负荷下气流组织进行数值模拟，并找出部分负荷下优化的系统运行参数。
围绕此课题，本文展开以下工作：第一，对本文模型做简要介绍，并合理简化之后，进行空调系统冷、热负荷的计算。
依据送风温差确定系统冬夏两季的全负荷工况下送风量。
根据模型尺寸确定采用双侧侧送下回的送回风形式，并通过计算确定送回风口尺寸及送风速度，为后面的模拟提供理论依据。
第二，建立报告厅的数学模型，生成三维模型的空间计算网格，同时确定出边界条件。
通过设置求解器，经迭代计算收敛后得到冬夏两季全负荷工况下气流场的模拟结果。
对模拟结果进行分析，可以验证经理论计算得出的送风系统形式是否合理。
第三，对冬夏两季分别按80%、60%的空调负荷进行部分负荷工况下的数值模拟。
通过对两种变风量末端设备的分别模拟可知，不同形式的末端设备形成的室内流场差别很小。
由于本文模型采用双侧送风，所需送风射程较短，因此仅需要采用节流型的末端送风设备即可满足室内气流组织要求，同时还能节省空调系统造价。
变风量空调典型舱室气流组织数值模拟
参考文献 ：
［ １ ］ 许钟麟 ． 空 气洁 净 技 术 原理 ［ Ｍ】 ． ３ 版． 北京 ： 科 技
出版 社 ， ２ ０ ０ ３ ．
四人 舱室 下 铺人 体 的 吹风 感不 强 ，由于 上铺 距离 顶 部 较 近 ，该 区域 内 的风 速 比较 大 ，在 上铺 板 处 接近
Ｏ ． ３ ｍ ／ ｓ ，下 铺的 风速 均在 ０ ． １ ｍ／ ｓ ，上 铺 人员会 有 明显 的 吹风 感 ，舒适 性 比 中 、下 铺 差 。在 铺 板之 间的 走 道处
亲环 境 、高效 率船 舶 ，正加 快接 单 步伐 。
、 … … … … … … … … … … … … … … … … … … ●●
２ ０ １ ３ ／ ３ 船舶标准化工程师
气 流 沿 壁 面 下坠 ，在人 员 走 动 的空 间 范 围 内 ，气 流速
度在 ０ ． ２ ５ ｍ ／ ｓ 以 下 ，冷气 流的 吹风 对人 体无 影响 。
新 闻 链 接
一 ＿ ＿ － 一 一 一 ＿ ＿ 一 一 － ＿ ＿ ＿ 一 ＿ 一 ＿ ＿ 一 一 ＿ ＿ ＿ － － － ＿ － 一 － － ＿ ＿ 一 ・ ＿ ＿ － ＿ ・ ＿ ＿ 一 － ・ ＿ － 一 ＿ － ＿ 一 、
室 内 的速 度分布 国 。 三种典 型舱 室 采用 上侧送 、 异 侧下 回气 流组 织时 ，
在 最 小风 量 工况 下 ，由于 各 个舱 室 送 风量 均比 最
大 风量 工 况 下要 小 ，所 以 人体 活 动 区 内的 气 流速 度 均 小于 ０ ． ２ ｍ／ ｓ 。 以上 分析 可 知 ，不 同工 况 下套 房舱 室 、两 人舱 室 和 四人 舱 室 气流 组 织 分布 ，人体 活 动 区域 内 的速 度 值 小于 ０ ． ２ ５ ｍ ／ ｓ ， 符 合室 内送风 标准 和人 体舒 适性 的要 求 。
置换式诱导器系统空调房间气流组织的数值模拟
置换式诱导器系统空调房间气流组织的数值模拟蒋绿林;董应伟;周其【摘要】The physical and mathematical models for an assembly room with displacement idu ventilation system were established. Based on the computational fluid dynamics and heat transfer theory, numerical simulation was made for indoor airflow with the software CFD using the k-ε turbulent model combined with the standard wall function method. The temperature field and velocity field under different working conditions were obtained. This paper analyzed the indoor airflow under different temperature of air supply, and drew the conclusion that displacement idu ventilation system not only saves energy but also provides comfortable thermal environment compared with tranditional displacement ventilation system.%针对一个采用置换式诱导器系统的典型办公室,建立了物理模型及数学模型.利用FLUENT软件,以计算流体力学与传热学为基础,采用κ-ε湍流模型结合壁面函数法对室内的气流组织进行了模拟计算,得到了不同工况下的室内温度场、速度场,并分析了不同的送风温度对室内气流组织的影响,得出了置换式诱导器系统可以在比传统置换通风系统节能基础上提供更良好的热舒适环境的结论.【期刊名称】《常州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(024)003【总页数】4页(P44-47)【关键词】诱导式置换通风;气流组织;热舒适性;节能;数值模拟【作者】蒋绿林;董应伟;周其【作者单位】常州大学石油工程学院,江苏常州213016;常州大学石油工程学院,江苏常州213016;常州大学石油工程学院,江苏常州213016【正文语种】中文【中图分类】TU023置换通风始于北欧，它最早是用来解决工业厂房室内的污染物控制问题，随着民用建筑室内空气品质问题的日益突出，置换通风因其更为合理有效的通风方式在热舒适性、室内空气品质、节能方面的优越性正受到广泛地研究和应用[1-2]。
大空间室内气流组织的数值模拟与设计应用
大空间室内气流组织的数值模拟与设计应用摘要：本文根据计算流体动力学（computational fluid mechanics， cfd）理论，利用基于控制体积的数值模拟方法对大空间区域的气流组织进行模拟计算，通过比较分析冬、夏两个季节的设备余压、送风风速以及送风角度等参数，获得优化的空调设计条件：选用机外余压为120pa的vrv空调室内机，风量、风速在一定范围内可调，采用可调式球型喷口作为送风风口，百叶风口作为回风口，侧送上回的气流组织形式。
关键词：vrv空调系统；气流组织；cfd；数值模拟；射流1 引言随着现代人们生活水平的提高，高大空间在建筑物内应用越来越广泛，人们对大空间的室内环境也提出了更高的要求。
建筑空间内的气流组织形式决定了空调区人员的舒适性以及空调能耗的多少，因此各种气流组织形式在高大空间中的应用引起了广泛讨论。
李琳等对分层空调、置换通风、地板送风以及碰撞射流等四种形式作了相应分析和比较[1～6]。
为了评价空气入流条件对空气流动情况的影响，赵彬等提出应用于空气流动数值模拟的风口模型新思路[7]；罗卓英等应用n点风口模型模拟百叶风口在空调房间内的影响[8]；任荣等比较了喷口风口和喷口加二次气流送风形式对冬季分层空调的影响[9]。
本文以江苏淮安玖珑湾商务中心销售大厅作为研究对象（图1），借助cfd软件进行数值模拟计算，得出最优的空调设计条件。
2 项目概况江苏省淮安市玖珑湾项目商务中心，总建筑面积5979.22平方米，建筑高度18.4米，共3层高，属于一类公共建筑。
主要功能包括销售大厅、餐饮、恒温游泳池、运动健身区、展厅等。
根据建筑使用功能、使用时间以及业态管理方式的不同，结合当地不同季节的冷、热需求特点，以及空调系统布置位置的局限，选用变制冷剂流量（variable refrigerant volume，vrv）空调系统，进行夏季供冷，冬季供暖。
由于业主装修的方案，限制该空间只能使用侧送上回的气流组织形式，故采用数值模拟的方法来进行辅助分析，帮助解决暖通设计中设备机外余压、风口选型、风口出流速度及出流角度等参数问题。
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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
a.这里我们使用的湍流模型是Standard kε-模型，这种模型应用较多，计算量适中，
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。
④激活能量方程。
考虑到传热的存在，需激活能量方程，Define/Models/Energy。
3．材料物性设置
保持默认的air物性，Define/Materials，这里不再详述。
4．计算域设置
一般来讲，计算域与边界条件在建模时已确定，这里只是根据具体需要，设置相关参数。
计算域在这里默认，Define/Cell Zone Conditions，默认流体介质为标准空气。
5．边界条件设置
①设置进口的边界条件。
从Zone列表中选择inlet，并设置Type为velocity-inlet。
再单击Edit弹出Velocity Inlet 对话框。
m s，而Specification Method中的设置如图。
Momentum设置：设置入口速度为1/
在Turbulence Specification Method （湍流定义方法）下拉列表中，可以简单地用一个常数来定义湍流参数，即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。
这里选择Intensity and Hydraulic Diameter，湍流强度与水力直径的确定有相应的计算方法，这里只是采用估算来加以确定。
Thermal设置：设置入口送风温度为298K，即25℃。
②设置出口的边界条件。
从Zone列表中选择outlet，并设置Type为pressure-outlet。
再单击Edit弹出Pressure Outlet 对话框。
压强出口边界条件在流场出口边界上定义静压，而静压的值仅在流场为亚声速时使用。
如果在出口边界上流场达到超音速，则边界上的压强将从流场内部通过差值得到。
其他流场变量均从流场内部通过插值获得。
Momentum设置：使用默认的表压参数值，因为出口为大气压，而Specification Method 中的设置如图。
Thermal设置：对于包含能量计算的问题，需要设定回流总温。
（这里原文中并未设置，提出质疑，认为这里应设置成为外界温度298K，即25℃。
）
③设置壁面的边界条件。
从Zone列表中选择wall，并设置Type为wall。
再单击Edit弹出Wall对话框。
Thermal设置：设置壁面温度为303K，即30℃。
6．求解
①Solution Methods：这里保持默认的求解参数。
②Solution Initialization：对于稳态问题，计算的初始化并不显得那么重要，这里只将Compute from下拉列表中选择inlet，然后点击Initialize按钮。
③Run Calculation：设置迭代步数，开始迭代。
7．后处理
①显示速度云图。
双击击Graphics and Animation/Contours，设置如图
结果如图：
②显示温度云图。
同样，设置如图：
结果如图：。