室内空气流动的直接数值模拟

《室内空气流动的直接数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据第41卷第5期上海交通大学学报v01．41No．52007年5月JOURNALoFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYMay2007文章编号：1006—2467(2007)05—0677一04室内空气流动的直接数值模拟孙在，黄震，王嘉松(上海交通大学燃烧与环境技术中心，上海200240)摘要：应用直接数值模拟(DNS)技术，采用高分辨率的网格，计算了一个三维非定常的室内通风流场．对比激光多普勒仪器的测量数据，DNS显示了优异的预测能力，特别是准确地捕捉速度峰值的能力．其计算结果能够详细地描述出室内空气湍流流动的演变和细微的漩涡

2、结构，为设计室内通风环境和研究室内污染物扩散传输提供了强有力的工具．关键词：直接数值模拟；室内；空气流动；预测中图分类号：X169文献标识码：ADirectNumericaISimulationofIndoorAirFlowSUNZai，HUANGZhen，WANGJia—song(ResearchCenterforCombustionandEnvironmentalTechonolgy，ShanghaiJiaotongUniv．，Shanghai200240，China)Abstract：Thispaperapplieddirectnumerica

3、lsimulation(DNS)withconsiderablyfinegridstocalculateathree-dimensionalunsteadyindoorventilationflowcase．ComparedwiththeresultsofLDA(LaserDopplerAnemometry)measurements，theDNSshowsexcellentpredictionabilities，especiallyincapturingthepeakvelocityvalues．Thecalculatedresultscangive

4、thedetaileddevelopmentoftheindoorairturbu—lentflowandthestructureoffineeddies．whichprovidesapowerfultoolforindoorventilationdesignandstudyingthedispersionandtransportationofindoorpollutants．Keywords：directnumericalsimulation(DNS)；indoor；airflow；prediction直接数值模拟(DNS)是从流动控制方程出发，对

5、湍流运动进行直接的数值计算．传统基于雷诺时均方程(RANS)的模型。如标准k—e两方程模型、RNG忌一e模型和二阶矩模型等，必须要引入雷诺应力的封闭经验方程，而这些经验模型往往只能适用于限定的环境[1]．大涡模拟(LES)通过区分大尺度湍涡和小尺度湍涡，大尺度涡直接求解，但小尺度湍涡也必须进行模型假设．DNS无须经验模型假设，它能够模拟所有尺度的湍流脉动，被称为最精细的计算流体数值模拟方法．DNS技术要求的网格尺度非常小，而且N—S方程具有严重的非线性特点，因此需要非常大的内存和快速的CPU．但因为室内通风流动往往处于低雷诺数区域，而且计算机技术的迅

6、速发展也为DNS的应用带来了有利条件．计算流体力学技术作为研究流体力学的一个重要工具，越来越多地应用于环境领域的研究[2]．本文应用DNS技术，对室内无热力驱动的空气流动进行计算。将计算结果与LDA实验测量数据进行了比较，并利用计算数据比较分析了室内空气的湍流流收稿日期：2006—05—05作者简介：孙在(1971-)，男，重庆人，博士生，主要从事大气污染的物理化学变化与传输规律研究，E-mail。cqsunzai@yahoo．tom．cn．黄震(联系人)，男，教授，博士生导师，电话(Tel．)1021—34206379IE-maillz-huang

7、@mail．sjtu．edu．cn．万方数据678上海交通大学学报第41卷动模式．1控制方程及离散对牛顿流体，其质量连续方程为笔+口lDH一0(1)动量守恒公式采用Lamb形式的方程：譬一H×∞+v／／=土[(1D—lD。)g+，+v·r]dtD(2)VⅡ≈百IVIH2+土V芦(3)厶』口式中：P为空气密度；Ⅱ为速度矢量；OJ为角速度矢量；g为重力加速度；f为外力；f为耗散项，是一个包括粘性系数在内的应力张量方程；歹为流动引入的压力．DNS对粘性系数的求解方法是基于分子运动动能理论嘲．不考虑热力因素时，能量方程可以忽略．上述偏微分方程需要经过离散化处

8、理才能进行数值求解，通过对时间和空间的离散，把偏微分方程变成有限的代数方程组．本文研究中，空间变量采用二阶精