空调系统模拟与分析.doc

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1、空调系统模拟与分析Airpak模拟分析某餐厅人工环境系统1Airpak简介Fluentairpak是面向T程师、建筑师和室内设计师的专业领域工程师的专业人工环境系统分析软件，特别是暖通空调领域。它可以精确模拟所研究对象内部空气流动、传热和污染等物理现象，而且可以准确模拟通风系统的空气流动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题，并依照ISO7730标准提供舒适度、PMV、PPD等衡量室内空气质量（IAQ）的技术指标。从而减少设计成木，降低设计风险，缩短设计周期。Fluentairpak2.1是目前国际比较流行的商用CFD软件。木次模拟分析即使用该软件完成。Airpak软

2、件的应用领域包括建筑、汽车、楼房、化学、环境、HVAC、加工、采矿、造纸、石油、制药、电站、打印、半导体、通讯、运输等行业。目前Airpak已在如下方面得到运用：住宅通风、排烟罩设计、电讯室设计、净化间设计、污染控制、T业空调、工业卫生、职业健康和保护、建筑外部绕流、运输通风、矿井通风、烟火管理、教冇设施、医疗设施、动植物生存坏境、厨房通风、餐厅和酒吧、电站通风、封闭车辆设施、体育场、竞技场、总装厂房等。2初始条件本次模拟分析一餐厅内人员就餐时的人工环境系统。餐厅体积为23.4mXI7.7mX4.5m,一面23.4mX4.5m的墙内嵌有距地1.5m的8.2mX2m的

3、窗户两扇，其对面墙内设有前后两扇门,设门外走廊温度为26°CO餐厅内放置半径3m、高1.5m的餐桌4张，每张餐桌上食物折合成一个0.5川的物块，辐射散热量为90W,人员呈坐姿，散热lmet,共16人。室内送风量20000m3/h,设送风速度为3m/s,送风温度为13.5°C,设置lmX0.45m的送风口4个；冋风量为14000n?/h,设置lmX0.25mI川风口4个，室内保持正压。设包括外墙在内的室内所冇物体及人员存在辐射换热，外界环境温度为30.9°C,不考虑嵌入吊顶式冷光源对此系统的影响。3完成建模Airpak基于“object”建模方式，对房间、人体、阻尼板

4、（块）、风扇、通风孔、墙壁、隔板、热负荷源、排烟罩等“object”建模。Airpak还提供了备种diffuser模型及用于计算大气边界层的模型。Airpak可通过IGES和DXF格式导入CAD软件生成的几何模型。4网格划分Airpak具有自动化的非结构化、结构化网格生成能力，支持四血体、六面体及混合网格，因而可以在模型上生成高质量的网格。Airpak还提供了强大的网格检杏功能，可以检杏出质量较差（如长细比、扭Illi率、体积）的网格。网格疏密可以由用户白行控制，对某个特征实体局部加密网格也不会影响其他对象。下图1展示了基于初始条件建得几何模型及以X、Y、Z方向单位

5、网格最大长度0.3为条件划分的网格，该组网格是位于房间长度X方向中点的Y-Z平面网格。图1建模及网格划分5计算求解求解器Fluent,全球最强大的CFD求解器，使用有限体积法(FiniteVolumeMethod)计算结构化与非结构化网格，使用并行算法实现UNIX或NT网络并行。该模型为强迫对流、热辐射、湍流模型，使用加权体积力计算压力，动量、湿度和温度使用一阶算法，计算1111线如下图2所示。图2计算结果曲线(Rc=92419,Pc=68678)由图2分析可知，能量和湿度曲线计算误差的收敛性较好，这是因为二者在模型内的参数分布相对简单而稳定，对于计算能力的要求不高

6、。X、Y、Z方向速度

7、11

8、线和连续性

9、11

10、线计算误差的收敛性相对较差，这是由于模拟中对网格划分较细致，对精度和计算能力要求较高。再者，计算用电脑计算能力有限,没有足够的时间将计算误差收敛到稳定。即综合各种主客观因素得到此曲线和结论。6后置处理Airpak具有面向对象、完全集成的后置处理环境，可以实时描绘出气流运动情况。通过速度矢量图、云图和粒了流线动曲等形式模拟不同空调系统送风气流纽•织形式下室内的温度场、湿度场、速度场、平均空气龄场、污染物浓度场、PMV场、PPD场等，以对房间的气流纟R织、热舒适性和室内空气品质（IAQ）进行全面综合评价，方便地理解和比较分析

11、结果。6.1速度矢量图Zvacity图3整体速度分布矢量图如图3所示，餐厅内空气速度分布均匀对称，在主要人员活动区域，送风密度亦较大，保证了人员对高品质送风的需求。图示送风口风速在2〜4m/s区间，室内风速在0.2m/s左右，符合规范要求。又见门口处气流方向向室外，即房间保持正压状态，符合规范要求和初始条件设置，见下图4。图4门口气流正压状态图5窗户附近气流组织由图5可知，由于玻璃受外界环境影响温度较高存在较强热辐射，窗户附近温度较高，送风气流对流换热受热上升，受其温度影响速度矢量梯度向Y轴正向。0.200074282285695.828554.371412.9