高大空间建筑气流组织的CFD模型实验与现场测试实验研究
高大空间气流组织的数值模拟与实验研究
高大空间气流组织的数值模拟与实验研究高大空间气流组织分布、预测不同设计方案的空调效果一直是工程设计人员的难题。
随着计算机的高速度化以及计算流体动力学(CFD, Computational Fluid Dynamics)的发展,应用CFD技术模拟预测高大空间气流组织、热舒适以及优化设计方案成为可能。
本文通过采用CFD数值模拟与现场测试相结合的方法对高大空间空调系统的热舒适性与气流组织分布特性进行研究,以期研究结果能对实际空调工程设计具有指导价值。
本研究以北京市某大型公共建筑的高大中庭分层空调为研究对象,根据建筑的实际尺寸及空调设计参数,建立分层空调设计方案下的计算模型,采用PHOENICS软件对分层空调设计方案下的热舒适性和气流组织进行了三维数值模拟研究,并将研究成果应用到实际工程中。
模拟计算运用k -ε两方程紊流模型与SIMPLE算法,近壁区采用壁面函数法考虑墙壁边界条件。
其次,对高大中庭的气流组织评价展开研究,在前人工作的基础上发展和丰富了高大中庭类建筑气流组织的评价方法。
本文针对夏季分层空调设计方案,详细分析了气流组织分布特性,并对不同工况下温度场、速度场的不同影响因素进行了分析。
针对冬季工况探讨了送风角度、送风速度、送风温差、送风间距对室内热环境的影响。
为了进一步验证CFD方法模拟研究的可靠性,对于所研究的高大中庭进行了现场实验测试,并在测试气候条件下进行了数值模拟,以模拟所得结果与实验测试结果作对比,以期能够表明CFD研究方法的正确性和切实可行性。
研究结果表明:1.送风速度的大小对形成稳定的气流隔断面有重要影响,当送风速度在4～4.5m/s时才能够形成稳定的气流隔断面,有效防止非空调区向空调区的热对流。
2.顶部排风对于降低非空调区的温度效果明显,有利于减小非空调区向空调区的传热量,节能效果显著;可是排风量太大会加强空调区与非空调区的热对流,反而会造成能量浪费,对于此类高大中庭,排风比宜控制在30%左右。
超高大空间某馆内空调CFD的模拟研究
【１］ 谢 晶，汤毅 ，王金锋 ，等．三维流体力学预测风机不同布置形式 对冷库气流的影响［Ｊ］．食品工业科技 ，２０１１，３２（１１）：３４９—３５２．
［２】 张海 舟，候赞 ，陈伟 能．体育训 练馆高大空间气流组织 ＣＦＤ模 拟研究 ［Ｊ］．制冷空调与 电力机械，２００９，３０（２）：３０．３４．
食 品与机 械，２０１２。２８（１）：１２４．１２８． 【６ ］ 张继 春，李兴 虎，杨 建国，等 ．壁面函数对气歧管 ＣＦＤ计算结果
的影 响【Ｊ］．农业机械学报，２００８，３９（７）：４７—５０．
建 筑 热 能 通 风 空 调
温度 以确定性 的方 向增高 ，从 图 ８、图 ９的温度 变化 图 中可 以发现这 两点 的温升缓慢 不足 以引起 自燃 ，为未 覆盖 部分 自燃 现象较 弱的两个 位置 ；而未 覆盖 部分 的 ２ＳＥ、２ＳＷ 两位置 的方差 都出现反 常变化 （出现峰值 ）， 相对 应 的这两 位置 的温升也相 对明显 ，其 中监测 位置 ２ＳＥ的方差反 常程度最 大 ，这 一位置 的温度 也是几个 位置 中温度最 高 的 ，为未覆盖 部分最易 自然发火 的位 置 。
性
４ 结 语
１）通过一 维非稳 态导热数 学模型 ，观察到表 面温 度波动沿深度方 向的衰减及 方差 的衰减过程 。通过含 内热 源的一维非 稳态导 热数学模 型 ，观察 到温度 方差 变化 随深 度 的衰减 以及 方差 变 化与 内热 源强 弱 的关 系 ，随 内热源 的增加 方差 的反常变化越为 明显 。
２）通过 对 煤堆 深度 方 向温度 方 差 的变化 规律 的 分析 结果表 明 ，方差 变化 与温 度变 化 、自燃 程 度存 在
内在联 系 ，如果煤堆 内部 没有 自热产生 ，则煤堆 内部 的 温度应受环境温度变 化控 制 ，因此从 表面向下 ，其温度 变化 的方差应该 逐渐递 减 。如果煤堆 有 自热产生 ，必 然会使 方差偏离 递减 的趋势 ，方差 的偏离程 度对 应着 煤堆 自燃 的程度 。
印刷车间高大厂房气流组织CFD优化研究
印刷车间高大厂房气流组织CFD优化研究印刷车间高大厂房气流组织CFD优化研究随着工业化进程的不断发展，工厂的建筑形态也逐渐多样化和复杂化。
其中，印刷厂房的建筑规模往往较大，空间分布较为开阔，存在着空气流动的复杂性问题。
如何在这样的复杂环境中进行气流组织优化，成为了实际问题中的难点。
本文将从印刷车间的实际情况出发，针对车间区域空气流动的优化问题进行讨论。
一、印刷车间空气流动分析印刷厂房一般采用开放式布局，因此室内外气流交换较为频繁。
为了保证室内卫生、生产工艺的稳定性以及工人的舒适性，印刷车间内部的空气流动必须得到科学合理的设计和优化。
在印刷车间内，由于印刷机械设备和工作人员的存在，空气流动受到诸多因素的影响。
在正常工作状态下，印刷机械设备产生的热量和废气会使得车间内部空气呈现出复杂而不稳定的流动形态。
这不仅会导致室内温度升高，空气质量下降，同时还可能引起室内异味和噪声污染等问题。
从传统的经验角度出发，人们可能会认为在印刷车间内部加装空调或者空气净化装置，这样可以有效地解决室内环境问题。
但事实上，这种方法的效果并不尽如人意。
首先，加装空调设备会大大增加工厂的能耗和运行成本；其次，空调设备对于印刷生产的恒温、恒湿要求较高，若无法持续保持外部温度、湿度变化的稳定，实际运行效果将不尽理想。
除此之外，空调设备对于工厂内部定向流动的控制也存在着很大的局限性。
为了解决这一类问题，近年来人们逐渐意识到，采用计算流体动力学(CFD)模拟技术，对车间气流组织进行优化设计，是一种可行且有效的方法。
二、印刷车间气流组织的CFD模拟分析将印刷车间内部的气流组织进行CFD模拟分析，可以有效地提高车间内部的气流质量和工作环境，降低机器设备的故障率。
具体模拟步骤如下所示：1.建立数值模型CFD模拟技术需要建立数值模型，对车间空气流动进行定量分析。
建模的过程中，需要准确获得车间的实际物理几何形态，包括车间内部各种机器设备、管道、通风口、门窗等重要组成部分的几何参数和位置。
连通类高大空间气流组织数值模拟研究
ｄ ｆｅ ｅ ｃ ｉ ｒ ｉａ ｙｌｒ ｅｓ ａ ｅ Ｉ ｎ ｅ ｓｓ ｄ ｅ ｐｙ ａｒｄ ｓｒｂ ｔ ｎ ｏ ｔ ｉ ｐ ｃ ａ ａ ｇ ｐ ｃ ． ｈ ａ ｅｏ ｔ ｅ ｉｆｒ ｎ ｅｗ ｔ ｏ ｄｎ ｒ ｇ ｐ ｃ ． ｔ ｅ ｄ ｔ ｙ ｄ ｅ ｌ ｉ ｉｔｉ ｕ ｉ ｆ ｈ ｓｓ ｅ ｉｌ ｒ ｅｓ ａ ｅ Ｏｎｔ ｅｂ ｓ ｆ ｈ ｈ ａ ｕ ｏ ｌ ｍ ｏ ｅ ｔ ｉ ｒｉｌ ，ｈ ｉｆ ｗ ，ｅ ｄ ｌｎ ｓａｔｃｅ ｔ ｅａｒ ｏ ｔ ｍｐｅａ ｒ ｅｄａ ｄｖ ｌｃｔ ｅ ｄｉ ｈ ｔ ｔ ｏ ｇ ｒ ｅｓ ｃ ｅ ｅｓ ｕｌｔ ｄ ｉ ｈ ｌ ｒ ｔ ｅｆ ｌ ｎ ｅｏ ｉ ｆ ｌ ｔ ｅｒｍ－ｈ ｕ ｈ ｌ ｇ ｐａ ｅｗ ｒ ｉ ｕ ｉ ｙｉ ｎ ｒ ａ ｍ ａｅ ａ ｏ ｔ ｇ ｓａ ａｄｋ－ｅ ｍ ｏ ｅ ｉ ｏ ｄ ｐ ｉ ｔｎｄ ｄ ｌ ｔ ｃ ｍｍ ｅ ｃａ ｏ ｗａ ｅＦ ｕ ｎ ． Ｄ ｅ ｈ ｏ ｏ ｐ ｌｅ ｏｏ ｔ ｉｅｔ ｅａｒ ｎ ｒ ｗ ｈ ｒ ｉｌｓ ｆ ｒ ｌ ｅ ｔ ＣＦ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｉ ａ ｐ ｉ ｄｔ ｐ ｉ ｚ ｈ ｉ ｔ ｙ ｓ ｍ ｄ ｓ ｉ ｕｉ ｎｉ ｉ ａ ｒ ｗｈ ｃ ｌ ｓ ｌｅｔ ｅｄｆ ｃ ｌ ｐ ｏ ｌ ｍｓｅ ｉｔｎ ｎｒ ｎ— ｏ ｇ ａ ｇ ｐ ｃ ． ｉｔ ｂ ｔｏ ｔ ｓｐ ｐｅ ， ｉｈ ｗｉｌ ｏｖ ｈ ｉ ｕ ｔ ｒ ｂ ｅ ｘ ｓｉ ｇｉ ｕ ｔ ｕ ｈｌｒ ｅｓ ａ ｅ ｒ ｎｈ ｉ ｒ ｈ Ｋｅｙ ｏｒ ： Ｄ ， ｎ— ｏ ｇ ａ ｇ ｐ ｃ ， ｉ ｓ ｉ ｕｉ ｎ ｎ ｍ ｅ ｉａ ｉ ｗ ｄｓ ＣＦ ｒ ｔ ｕ ｈｌｒ ｅｓ ａ ｅ ａｒｄ ｔ ｂ ｔ ， ｕ ｒｃ ｌｓｍｕｌｔ ｎ ｕ ｒ ｈ ｉ ｒ ｏ ａｉ ｏ
高大空间建筑室内气流组织分析
高大空间建筑室内气流组织分析高大空间建筑有其各自的特点，对于体育馆、音乐厅等建筑，其室内气流组织是空调系统设计的重点。
本文结合工程实例，介绍了工程的计算区域及设计参数，围绕垂直温度分布、垂直速度分布、气流分布特点及送风能耗比较这几方面对计算结果进行分析，为高大空间建筑室内环境的改善提供依据。
标签高大空间；建筑室内；设计参数；气流组织；分析随着我国社会经济建设步伐的不断加快，体育馆、音乐厅等高大空间建筑数量日益增加，逐渐成为城市建设的时代标志。
这些建筑具有体积大、围护结构传热量大、人员灯光密集，空调负荷较大等特点，其室内热环境状态参数随时可能发生变化，选取合理的气流组织方式对空调系统的设计有着重要的影响。
大空间气流组织指的是对气流流向和均匀度按一定要求进行组织，主要采用的方式有分层空调、置换通风、地板送风以及碰撞射流，如图1所示。
目前我国建筑室内空调系统的气流组织设计仍处于发展的阶段，并没有完善的理论体系和试验结论。
因此，通过对高大空间建筑室内气流组织的分析，确定合理的气流组织设计，对改善建筑室内的环境具有重要意义。
图1 大空间四种空调方式示意图1 计算区域及设计参数某公共建筑，结构南北对称，计算区域选取北边一半，计算区域层高约12m，占地面积约7450m2，属高大空间建筑。
计算区域按非结构网格划分。
人员工作区（高度0～2m）气流扰动较大，网格较密，非人员工作区网格相对稀疏。
根据FLUENT软件选取RNGk-ε两方程紊流模型，近壁面区域则选用标准壁面函数法，速度-压力耦合采用SIMPLE算法。
边界条件见表1，照明、设备及外墙负荷指标均参照原设计计算书选取，其中人员散热量均布在地面上。
为达到夏季室内人员工作区的要求设计温度25±0.5℃，参考相关文献资料，计算得到四种空调方式各自的设计参数，汇总于表2。
2 结果分析2.1 垂直温度分布不同高度上的平均温度值汇总于图2。
可以看出，四种空调方式都满足人员工作区的设计温度25±0.5℃，且分层效果明显。
深圳前海自贸区某超高层办公大堂精装修空调气流组织CFD模拟分析梁广林
深圳前海自贸区某超高层办公大堂精装修空调气流组织CFD模拟分析梁广林发布时间：2021-09-22T06:22:35.702Z 来源：《中国科技人才》2021年第18期作者：梁广林何志山江亚楠[导读] 本文结合深圳工程项目实例，利用CFD对挑空大堂的气流组织进行模拟分析，以验证高大空间采用上送风、下回风的气流组织方式是否满足室内所需要的空调效果。
深圳市镒铭机电工程顾问有限公司深圳 518040摘要：本文结合深圳工程项目实例，利用CFD对挑空大堂的气流组织进行模拟分析，以验证高大空间采用上送风、下回风的气流组织方式是否满足室内所需要的空调效果。
关键词大空间气流组织 CFD模拟 CFD simulation analysis of air-conditioning air distribution in a super high-rise office lobby in Shenzhen Qianhai Free Trade Zone By Liang guanglin，He zhishan，Jiang yanan [Abstract] This article combines the Shenzhen project example，uses CFD to simulate and analyze the airflow organization of the empty lobby to verify whether the airflow organization of the upper air supply and the lower return air in the tall space can meet the indoor air-conditioning effect. [Keywords] high-rise office，air distribution，CFD simulation一.引言空调房间的气流组织是否合理，直接影响到房间的空调效果和空调系统的能耗。
某综合体项目办公大堂空调气流组织的CFD模拟分析
某综合体项目办公大堂空调气流组织的CFD模拟分析摘要：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。
高大空间建筑分层空调CFD模拟研究(非常有参考意义)
5ε 5 xi
]
+
ε
C1ε k (
Gk
+ C3εGb) - C2ερεk2
(9)
μt
=ρCμ
k2
ε
式中 Gk ———平均速度梯度产生的湍流动能
Gk =
-
ρu′i u′j 55
uj ui
Gb ———浮力产生的湍流动能
Gb
=βgi
μt
Prt
5 5
T xi
β———热膨胀系数
β=
-
1 ρ
(
55ρT)
p
展厅是高大空间 ,近似非等温自由射流 ,射流 与周围介质密度不同 ,浮力和重力不平衡 ,射流发 生变形 ,其判据阿基米德数 Ar[3] :
Ar =
gd0 ( T0 u20 Ta
Tn)
(2)
式中 d0 ———喷口直径 ,m
T0 ———射流出口温度 , K
Tn ———周围空气温度 , K
u0 ———喷口出流的平均速度 ,m/ s
60 FLUID MACHINERY Vol132 ,No15 ,2004
文章编号 : 1005 —0329 (2004) 05 —0060 —05
高大空间建筑分层空调 CFD 模拟研究
董玉平 ,由世俊 ,叶天震 ,王海霞
(天津大学 ,天津 300072)
由于篇幅有限 , 本文仅对国际展览中心高大 空间建筑分层空调改进方案夏季模拟方法进行了 探讨和研究 ,冬季模拟研究见另文 。
2 研究对象概况
分层空调是指仅对下部区域进行空调 , 而对 上部区域不空调的空调方式 。与全室空调相比 , 夏季可节省冷量 30 %左右 。分层空调适于高大 建筑 ,当高大建筑物高度 H ≥10m , 建筑物体积 V
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由世俊王海霞董玉平
摘要：高大空间建筑空调系统初投资昂贵，运行能耗巨大，因此在设计时有必要对设计方案、气流组织、热舒适性等加以模拟预测。
本文以天津国际展览中心扩建工程b展厅为研究对象，对无回风管道的上送上回夏季空调系统现状的气流组织进行现场测试，并以实测数据作为边界条件，利用fluent公司推出的专业软件airpak2.1对其现有的空调系统气流组织、温度场和速度场以及热舒适性与气流组织进行了模拟研究。
通过对两者分析比较，验证了cfd 模型实验的准确性、切实可行性，指出利用现有的cfd软件模拟对高大空间建筑空调系统节能与优化设计具有重要的指导意义。
关键词：高大空间气流组织热舒适 cfd模拟
0.前言
随着社会进步和人民生活水平的提高，对功能合理、质量上乘、环境舒适的公共活动空间的需求日益增加，此类空间多属于高大空间建筑。
高大空间建筑的空调系统无论在初投资还是运行费用上都比较大，因此在方案的选择上要慎重，有必要在设计前对系统方案进行模拟分析，实现设计方案的优化和空调系统的节能。
本文以天津国际展览中心新馆b展厅为研究对象，利用fluent公司推出的airpak2.1专业软件对其空调系统设计方案的气流组织和热舒适性进行了模拟研究，与现场测试结果进行分析比较，验证了用cfd模型实验的正确性和切实可行性，所得结论为高大空间建筑空调系统优化设计、预测气流组织和热舒适提供了可靠的理论依据和指导方法。
1.研究对象概况
目前展厅空调送风现状为上送上回全空间空调：送风量255000m3/h，回风量204000m3/h，3台空调机组，每台额定风量85000m3/h；设66个φ630mm旋流送风口，每个作用面积9m×
9m＝81m2，风口距地面13米。
新风与回风混合经表冷器处理后送入展厅。
展厅不设回风管道，靠近空调机房的风管道竖井设有回风口，连接空调机组回风口。
2.现场测试
2.1 测试条件
测试时b展厅接近空负荷状态，展厅内只有一些人在打羽毛球、十几个工作人员和九个测试人员及协助测试人员。
空调机组没有正常运行，送风速度相当小，送风温度很高，几乎没有冷量，几乎没有除湿。
最恶劣的是展厅的门窗并没有关严，甚至室内相邻墙（防火墙）亦没有降落，相当于与其它展厅相通。
尽管如此并不妨碍与模拟结果进行比较。
2.1 测试内容
天津市国际展览中心新馆b展厅空调气流组织，即空调送风温度场和速度场，展厅围护结构各壁面温度、风口周围各离散点的风速、温度、室内温湿度、室外温湿度。
2.2 实验仪器与装置
实验中风速和空气温度分别采用热线式风速仪（测试范围：风速vl0.1～4.99m/s，vh5～50 m/s；温度0～99.9℃；测试精度：风速±2％fs，温度±1℃）、数字风速测量仪（测试范围：0.4～30.0 m/s；测试精度：0.1 m/s；）、多通道微风速仪（测试范围：风速0～1.0m/s和0～10.0m/s，温度0～50.0℃；测试精度：风速±（指示值的5％+0.1m/s），温度±1℃）测量。
展厅围护结构的壁面温度用非接触温度计（测试精度：±1℃）测量。
室内外的湿度采用阿斯曼干湿球温度计测量。
2.3 测试方案
展厅按照长（z方向）、宽（x方向）、高（y方向）建立坐标。
在此仅给出测试方案，与后面模拟研究有关的测试结果在下文中给出，其余众多数据不再赘述。
3.测试条件下的cfd模拟研究
3.1 模型建立
考虑到计算机内存和计算速度，减少生成网格的数目，节省运算时间，在不影响计算结果的前提下，对物理模型进行合理的简化，边界条件按照实际测得数据设定，模型见图6。
展厅机房侧有长宽高9m×54m×10m的办公室和机房，用长宽高9m×54m×10m block代替不作为研究范围。
回风口在环境压力、温度条件下回风。