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1、第27卷第4期南京理工大学学报Vol.27No.42003年8月JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnologyAug.2003X空调房间气流组织的数值模拟XX¹黄雪莲戴有为梅启元(南京理工大学动力工程学院,南京210094)(¹南京市计量测试所,南京210037)摘要应用计算流体力学的理论和方法模拟建筑物室内通风空调气流组织的湍流流动;使用了K-E模型与SIMPLE方法对室内气流组织进行模拟,并对方程的离散、耦合求解以及SIMPLE算法等数值计算问题进行了论
2、述,并以带热源的空调空间的室内气流组织为实例作了数值模拟和讨论。关键词湍流模型,SIMPLE方法,壁面函数,数值模拟+分类号TK511.3学科代码470.20空调室内的气流组织直接影响室内空调效果,是关系着房间工作区的温湿度基数、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觉的重要因素,是空气调节的一个重要环节。计算流体力学(CFD)可有效地模拟室内气流的构造、分布特征,为合理的系统设计及设备选型提供有益的参考。本文以直观的方式显示了多种气流组织方案的气流流型,分析讨论其气流分布规律、特点,指出其
3、适用场合;并将数值计算结果进行处理,通过分析和比较,证实了利用K-E湍流模型对非等温的房间的气流组织进行数值计算是可靠可行的。1热流体湍流流动的基本方程[1]室内空气流动与换热的基本控制方程通用形式为5(QU)+div(QVU)=div(#gradU)+S5t式中,U为通用变量,U=[1uvkT];#为输运系数;S为源项,式中各项的含义如表1(二维)所示。表1控制方程组Table1Controlequations符号量名称U#S5p55u55vx动量uL+Lt-+(Lef)+(Lef)5x5x5x5y5xX
4、收稿日期:2002-04-05XX黄雪莲女25岁硕士生356南京理工大学学报第27卷第4期续表1,continuedTable1符号量名称U#S5p55u55vy动量vL+Lt-+(Lef)+(Lef)5y5x5y5y5yLtk湍能KL=G-QERkLtEE能耗散率EL+(c1G-c2QE)REK1连续100LLtT能量(温度)+00PrRT5u25v25u5v2Lt表中,G=Lt2()+()+(+);#=L+;以上诸式中,L为动力粘5x5y5y5xRE度;Q为密度。表2为k-E端流模型中的系数,其中cL为
5、粘性系数比热容。表2K-E湍流模型中的系数Table2CoefficientsforK-Eturbulencemodelc1c2RkREcLRT1.441.921.01.30.090.9~1.02基本方程的离散采用控制容积法离散偏微分方程组,节点位于子域的中心。计算速度分量时,采用交错网格。微分方程组可以表达为统一形式:5(QuU)5(QvU)55U55U+=(#)+(#)+S(1)5x5y5x5x5y5y[2]离散方程可表示为00aPUP=aEUE+aNUN+aSUS+aWUW+aPUP+b(2)式中,a
6、E=DeA(
7、Pe
8、)+max(-Fe,0)aW=DwA(
9、Pw
10、)+max(Fw,0)aN=DnA(
11、Pn
12、)+max(Fn,0)aS=DsA(
13、Ps
14、)+max(-Fs,0)b=SC$x$yaP=aE+aW+aS+aN-SP$x$y3边界条件的处理图1节点P的[3]控制容积(1)入口边界:K值取来流入口动能的015%~115%,入口2Fig.1Controlvolume截面上的E可按E=cLQKLt计算。toPpoint(2)出口边界:出口处的各物理量按坐标局部单向化方式处理。总第131期黄雪莲戴有为梅
15、启元空调房间气流组织的数值模拟357+yPL(3)固体壁面:¹与壁面平行的流速u:在壁面上uw=0,其粘性系数取Lt=+。ºuP与壁面垂直的速度v:取vw=0,并令壁面上与v相应的扩散系数为零。»脉动动能:取3/43/25KcLKP()wµ0,因而取壁面上的K的扩散系数为零。¼脉动动能的耗散:EP=。½温度:5yJyP++yPLcPyPLcPRL壁面上的当量扩散系数则按kt==+,其中,P=9(-RT+ln(Ey)RTln(Ey)+PRTRT[+P]JJRL-1/41)();取RT=019,RL=017。R
16、T4空调室内气流模拟及其分析算例中,送风速度取为2.5m/s。可以认为沿宽度方向的流场均匀,把问题合理简化为二维情况来考虑。温度边界条件:东面为受热面,西墙温度比室内温度略高。送风温度取为15e,且假设北墙同周围空调房间相邻,近似为绝热面,南墙为温度的线性分布。取室内热源温度为50e。本文计算了2种排气口的位置情况:左下进风右上排风,左下进风右下排风,见图2~图5。图中,n为网格节点。图2左下进风右上排风的室内流
