用CFD方法进行空调房间气流组织模拟课件
气流组织分析
气流组织分析_CFD气流组织模拟采用CFD模拟技术可以进行室内外气流组织的模拟分析。
以某超高层建筑项目为例，使用PHOENICS软件来模拟多联式空调室外机周围风环境，并通过模拟结果来评价布置方案，对设计进行优化。
本工程位于深圳市科技园，总建筑面积约12万m，主体建筑高149m，地上共35层，其中第9层和第24层为避难层，属一类高层办公建筑。
首先按照建筑平面建立一个简化模型，并设定建筑室外气流环境参数及边界条件如下：（1）为使模拟计算接近实际情况，考虑室外风速随高度进行变化。
（2）出流面边界条件设定如下：假定出流面上的流动已发展充分，流动已恢复为无建筑物阻碍时的正常流动，其出口边界相对压力为0；建筑物表面为有摩擦的平滑墙壁。
依据模拟分析结果，最终将本工程的室外机组位置优化为：（1）在考虑系统管长衰减合理的范围内，布置部分机组在屋顶以及第9层、第24层避难层，负责邻近楼层空调；（2）标准层室外机组利用原有空调机房，每隔三层安装一组室外机；（3）避难层室外机组布置在北侧、南侧，标准层室外机组布置在西侧、东侧，做到垂直l方向错开。
（4）裙楼在南、北不同朝向露台布置机组，同朝向的只在其中一层露台布置机组。
（5）露台机组按方式一布置，且只布置一排机组。
风冷多联式空调室外机安装位置的通风状况好坏直接影响室外主机的制冷效率，而室外机安装位置的通风环境与多联机的布置方案密切相关。
由上而实例的分析可以看出，结合CFD模拟技术，将有效地指导设计，能改善风冷多联式空调室外机周围的风环境，以保证机组能高效率地运行。
中国建筑科学研究院环境测控优化研究中心在建筑模拟分析领域处于国内领先水平，应用国际先进的计算机模拟仿真软件，对建筑物理环境进行模拟分析，达到优化设计方案，预测方案效果的目的。
空调房间室内气流组织模拟(fluent)
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,2011:312-317a.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CoupledSolver，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。
CFD模拟图(A-1)---模板
机房计算流体力学（CFD）模拟图
本次计算是以中国联通华北（廊坊）基地A-1机房楼M1模组其中的一个数据机房（J轴-F轴、7轴-9轴）为对象进行的CFD建模计算，主要计算条件如下：
1）机房整体作为一个精密空调分区，采用冷通道封闭地板下送风、热通道房间上部设置射流诱导风机回风的气流组织形式。
机房内地板高度1.2米、层高5.7米。
2）机柜发热量5KW/台，精密空调显冷量140KW/台（6用1备），风量32000m³/h.台；
3）机柜分区域按冷热通道模式摆放，机柜尺寸：1200x600mm、高2200mm，数量168个。
此外还布置有8个电源柜。
4）本次CFD建模所使用的软件版本：Airpak 3.0.
一、CFD模拟温度场计算结果：（1）地板上高度0.5米高度温度场分布
（2）地板上高度1.0米高度温度场分布
（3）地板上高度1.8米高度温度场分布
（4）地板上X轴向温度场分布
三、CFD 计算结果表明：机柜冷通道封闭，其温度场分布均匀，无局部过热情况出现。
冷量得到有效管理，避免了气流短路，效率高从而更为节能。
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
CFD模拟图(A-1)---模板
机房计算流体力学（CFD）模拟图
本次计算是以中国联通华北（廊坊）基地A-1机房楼M1模组其中的一个数据机房（J轴-F轴、7轴-9轴）为对象进行的CFD建模计算，主要计算条件如下：
1）机房整体作为一个精密空调分区，采用冷通道封闭地板下送风、热通道房间上部设置射流诱导风机回风的气流组织形式。
机房内地板高度1.2米、层高5.7米。
2）机柜发热量5KW/台，精密空调显冷量140KW/台（6用1备），风量32000m³/h.台；
3）机柜分区域按冷热通道模式摆放，机柜尺寸：1200x600mm、高2200mm，数量168个。
此外还布置有8个电源柜。
4）本次CFD建模所使用的软件版本：Airpak 3.0.
一、CFD模拟温度场计算结果：（1）地板上高度0.5米高度温度场分布
（2）地板上高度1.0米高度温度场分布
（3）地板上高度1.8米高度温度场分布
（4）地板上X轴向温度场分布
三、CFD 计算结果表明：机柜冷通道封闭，其温度场分布均匀，无局部过热情况出现。
冷量得到有效管理，避免了气流短路，效率高从而更为节能。
深圳某超高层办公大堂气流组织CFD模拟
深圳某超高层办公大堂气流组织CFD模拟摘要：利用计算流体力学专业软件Fluent airpak 3.0 对某高大空间的空调方案进行气流组织数值模拟，分析其温度场，验证设计气流组织方案。
关键词：高大空间；空调方案；气流组织；数值模拟。
引言随着建筑行业飞速发展，出现了越来越多的大空间或不规则空间，由于空间范围大、体型不规则、气流组织复杂、内部热源多样、影响空间舒适性的因素较多，使得传统的设计往往风量大、冷量大、能耗大，且难以验证气流的合理性。
随着计算机数值模拟的越来越成熟和普及，可以很好的解决了这一问题，从而减少设计成本，降低设计风险，缩短设计周期，避免能源浪费或冷热不均。
1、建筑概况本建筑位于深圳市南山区前海深港现代服务业合作区的桂湾片区南部，为集商业、办公、公寓、酒店于一体的大型综合体，项目总建筑面积大约为75万㎡。
其中，本次分析的超高层办公楼总建筑面积约为8.5万㎡，地上49层，建筑高度212.15m。
2、设计参数室外气象参数：见表1室内设计参数：见表23、办公大堂设计该大堂位于建筑首层，两层通高，层高达到12.4m，净高10.2m，共有西面、北面和东面三面外玻璃幕墙，南侧属于内墙，该房间的平面图如图1所示。
使用浩辰暖通7.2负荷计算软件计算出该大厅夏季负荷为300kW，选用两台28000m3/h的组合式空调机组，空气处理机组位于五层避难层，送回风口位于房间顶棚，上送上回的气流组织形式。
本此研究实在该设计前提下，验证室内温度场是否满足设计要求，气流组织是否合理。
4、数值模拟方法及边界条件4.1三维模型建立，详见图2。
图1 办公大堂空调平面图图2 房间模型4.2 边界条件由于该房间南内墙紧邻空调房间，故假定该处的围护结构是绝热的，与相邻房间不发生热量传递，而西外墙、北外墙、东外墙、地板和天花板均有热量传入房间，故这些维护结构均设置为热流边界条件。
同时，考虑到人体、设备和照明等冷负荷对室内温度场的影响，而人员和设备冷负荷位于房间下部，照明冷负荷则位于房间上部，为简化计算，将人员和设备冷负荷加到地板上，照明冷负荷加到天花板上。
空调房间的气流组织PPT64页
(二)半经验公式
若用Fn表示垂直于单股射流的房间横截面积，则 射流自由度可表示为 Fn / d0
射流的无因次距离为 x ax / Fn 第Ⅱ临界断面的无因次距离为 x =0.2 最大回流平均速度vhp
vhp Fn 0.69 v0 d0
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四、平行射流的叠加
当两股平行射流距离比较 近时，射流的发展互相影 响。在汇合之前，每股射 流独立发展。汇合之后， 射流边界相交，互相干扰 并重叠，逐渐形成一股总 射流。总射流的轴心速度 逐渐增大，直至最大，然 后再逐渐衰减直至趋近于 零。
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三、受限射流
当射流边界的扩展受到房间边壁影响时，就 称为受限射流。
不管是受限射流还是自由射流，都是对周围 空气的扰动，它所具有的能量是有限的，它 能引起的扰动范围也是有限的，不可能扩展 到无限远去，而受限射流还要受到房间边壁 的影响，因此形成了受限射流的特征。
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(一)受限射流的几何形状
当射流不断卷吸周围空气时，周围较远处空气流必然要来补充，由于边 壁的存在与影响，势必导致形成回流(见图8-3)。而回流范围有限，则促 使射流外逸，于是射流与回流闭合，形成大涡流。在所谓的第Ⅱ临界断 面处，将出现极值:射流断面最大，射流流量最大，回流流速最大。
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二、经济指标
气流组织设计的任务，就是以一定型式送进房间一定数量经过处理成 某种参数的空气，用以消除室内一定量的某种有害物使室内工作区空
气的某些参数的值和波动范围达到设计要求。换句话说，消除室内某
种有害物是以投入能量为代价的。因此，作为评价气流组织的经济指
标，就应能够反映投入能量的利用程度，为此，引入“投入能量利用
1
第八章 空调房间的气流组织
概述 送风口空气射流 回风口的空气汇流 送、回风口型式 气流组织的评价指标 气流组织形式 气流组织设计计算
CFD在建筑设计中的应用ppt课件
改善空气品质、节能
一、新鲜自然空气，有利于人的生理和心理健康
室内空气品质的优劣很大程度上取决于室外新风量。 室外空气品质的优劣取决于室外气流是否顺畅。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
九、计算流体动力学（CFD）在暖通空调设计中的应用
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
一、自然通风的原理
自然通风的动力:风压和热压
风压:自然通风的风压就是建筑迎风面和背风面 的压力差.
“穿堂风”就是利用风压在建筑内部产生的空气流 动。
深圳地区5~9月，每月都有10天以上的时间，具备采 用自然通风降温的自然条件；
夏热冬暖地区的沿海地区具有较好的自然通风条件， 即使在最热份，也有20%以上的天数，具备采用自然通 风降温的自然条件；
夏热冬暖地区的内陆地区单就气温来讲，在最热份， 均有30%以上的天数，具备采用自然通风降温的室外温 度条件，但室外风速相对较小，大部分在1.0~1.5m/s 左右，因此其自然通风条件不及沿海地区。
相互削弱还不能完全预知。 一般来说，建筑进深小的部位、室外区域多利用风压；
进深较大的部位、高层建筑竖向多利用热压来达到通风的效 果。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
一般来说，建筑进深小的部位、空旷区域多利用风压， 如单体建筑室内、小区等区域（见下图）：