CFD在体育馆比赛大厅空调方案中的应用

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1、CFD在体育馆比赛大厅空调方案中的应用中国建筑设计研究院康国青刘筱屏摘要:对体育馆比赛大厅观众区域和比赛区域采用分区送风的方式，以适应两区不同的耍求。采用CFD（计算流体力学）软件对比赛人厅内的空气流场分4个不同的方案进行模拟研究分析，结果表明比赛区域采用双排风管旋流风口上送，下部冋风结介侧高墙排风的方式能较好的满足设计要求。1.引言比赛大厅的比赛区域和观众区域是体育馆的核心，血其气流组织是体育馆空调设计中的重点，特别是当比赛区域的气流流速要求比较严格时，其气流纟fl织更是空调设计中的难点。好的气流组织不仅是温、湿

2、度场达到要求的基础，而且大人减少空调能耗。随着计算机技术和计算流体力学的发展，在大空间内釆用CFD来模拟预测室内温湿度和气流组织等问题的方法越來越得到应用。2.工程简述昌吉体育馆位于新疆昌吉自治州昌吉市，总建筑面积为17600平方米，建筑高度2&3m,可容纳观众4671人，其屮固定坐席3019座，临时1643坐席座，可举办地区性和全国单项比赛及全民健身运动赛事（图1为体育馆鸟瞰效果图）。体育馆主要包括比赛大厅（包含比赛场地、观众厅）、训练大厅、观众集散大厅以及体育馆附属的办公室、接待休息室等。图1体育馆鸟瞰效果图图

3、2标高16m的俯视图体育馆比赛区域的气流流速必须达到小球比赛的要求（比赛区域上空9m内风速小于0.2m/s）o结介甲方的要求及土建条件，观众区域采用座椅送风，底排侧面冋风，比赛区域初步设计4个空调系统方案：Casel,采用单排喷口侧送下部回风（兼排风）；Case2,采用单排喷口侧送顶部排风、下部回风;Case3,釆用双排旋流风口上送下部回风（兼排风）；Case4,采用双排旋流风口上送侧高墙排风、下部回风。3.比赛大厅模型建立3.1儿何模型比赛大厅一层设置7排活动座椅和一个40mX20m比赛场地；二层布置9排固定座椅

4、和5排贵宾座椅；三层布置12排固定座椅，比赛上空最高高度为28.3m（图2是相对地平标高16m的俯视图）。为了简化分析，对比赛大厅作如下假设：1）平面中一排座椅送风口简化为一个长条送风口；2）贵宾座椅等同于--般固定座椅；3）三层固定座椅对空间气流组织的影响忽略；4）屛顶简化为平屛而，最高标高为27.9m；5）比赛大厅南北方向完全对称分布；6）室内空气气流按不可压缩粘性流体考虑。以地平面8轴和C轴的交点为原点，设尬比赛大厅的北向为X轴止方向，东向为Y轴止加讪，高度方向为Z轴正方向，简化后的物理模型如图3所示。图3物

5、理模型侧视图3.2控制方程⑴质量守恒方程（连续方程）：微元体中流体质量的增加=流入该微元体的净质量动量守恒方程：微元体中流体动量的增加二作用在微元体上各种力Z和能量守恒方程：微元体中热力学能的增加=进入微元体的净热流量+体积力与表面力对微元体做的功针对体育馆分区送风气流组织的模拟分析，采用标准K-E方程得到了较好的效果［2］。3.3计算条件比赛区域初步设计4个空调系统方案的计算条件见表1所示。表1不同模拟工况卜•的设置计算条件计算条件CaselCaselCaselCasel比赛区域送风方式单排侧送，5个0.5X0.

6、5m的喷口，间距4.6m单排侧送，5个0.5X0.5的喷口间距4.6m双排下送，10个0.7X0.7的旋流风口，间距5.6m双排下送，1（）个0.7X0.7的旋流风口，间距5.6m观众区送风风速（m/s）0.21391030.21391030.17159840.1715984比赛区送风风速（m/s）2.6666672.6666671.700681.70068观众厅回风口贵宾席1个1.6Xlm、西侧观众贵宾席1个1.6X1ms西侧观贵宾席1个1.6Xlm、西侧观贵宾席1个1.6Xlm、西侧观厅2个1.6Xlm、南侧5

7、个1.6Xlm风口众厅2个1.6Xlm、南侧5个1.6Xlm风口众厅2个1.6Xlm、南侧4个1.6Xlm风口众厅2个1.6Xlm、南侧5个l・6Xlm风口观众厅冋风口风速（rn/s）贵贞席0.954861其他0.992063贵宾席0.954861其他0.992063贵宾席0.954861其他0.896991贵宾席0.954861其他0.896991比赛区域回风口东侧2个1.6Xlm风口东侧2个1.6Xlm风口东侧2个1.6Xlm、西侧2个1.6Xlm、南侧1个1.6Xlm风口东侧2个1.6Xlm、西侧2个1.6X

8、lm风口比赛区域冋风口风速（m/s）0.8333330.1388890.93750.104167排风口设置/2个lXlm屋顶排风口/1个2X1.5m髙侧墙排风口排风量占比赛区域送风量Tf分比90%80%为了更好地进行各种工况的对比分析，首先沿Z轴方向对比赛区域上空切割4个典型断面（即z=0.5m,z=3m,z=6m,z=9m）,进行气流流场判断,若基本符合比