标准办公室热环境的数值模拟.pdf

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1、研究与探讨l建筑建材装饰RESEARCH＆DISCUSSION标准办公室热环境的数值模拟李晓飞程海峰王晏平段炼(安徽省建筑工业学院建筑设计研究院，安徽合肥230022)摘要：办公室是目前工作人员停留时间较长的场所，文章采用CFD技术．对标准办公室在不同气流组织与空调工况下的热环境进行数值模拟．以便为提高办公室的热舒适性设计提供参考依据。关键词：办公室CFD数值模拟前言随着办公建筑的大量兴建和人们对室内空气品质要求的提高，办公室室内空气的热舒适性变得更加重要。作为工作人员长期停留的公共场所，从暖通空调专业来说，应保持健康舒

2、适的室内热环境。随着计算机技术的发展。空调领域中利用CFD技术来模拟气流组织，热舒适性以及优化系统设计的应用越来越广泛。本文采用CFD方法，对标准办公室不同气流组织和冬夏季空调工况进行了数值模拟。为以后办公建筑的空调设计提供参考依据。1数学模型1．1室内零方程模型除了遵循三大守恒定律以外，本文的数学模型采用室内零方程喘流模型(indoorzeroequation)。室内零方程模型是在室内空气自然对流和混合对流的直接数值模拟DNS(directlynumericalsimulation)结果的基础上提出的湍流模型“1，该模

3、型针对房间内非等温流Rayleish数范围(2．6—3．0x1010)。认为涡粘系数正比于流体密度、当地速度和距壁面最近之距离，比例系数由直接数值模拟的结果拟合而得“=O．03874pvl(1)其中：P为室内空气密度；v为当地平均速度；l为长度标尺(取离壁面最近的距离)，0．03784为经验值。该模型少求解2个微分方程．而仅求解关于质量、动量和能量守恒的5个微分方程，故计算最省时间。1．2Boussinesq密度假设浮升力模型采用非线性Boussjnesq假设Ⅲ：2012年第1期一p鬲刊筹+等，一弘磊㈨2几何模型及边界条

4、件2．1模拟对象及月格捌分模拟对象为某标准办公室，办公室尺寸长、宽、高分别为5m、4m、3m，模拟条件为室内四个工作人员，坐姿模式．高度为I．1m；四台电脑，三盏灯具，送风口尺寸为0．8m×0．2m．回风口尺寸为0．9mx0．3m，南外墙上有外窗。具体几何模型见图1所示，模型网格划分采用六面体结构化网格，在各个热源以及送、回风口处局部加密，见图2所示。泠◆图1模拟几何模型图2网格划分2．2边界条件的简化为方便计算，作如下简化和假设％(1)室内空气流速低，可视为不可压缩流体且符合Boussinesq密度假设；(2)四面外墙

5、仅南外有温差传热，设定为第一类热边界条件；南外窗同设为第一类边界条件，给定温度值．其余维护结构设为绝热：(3)人体、电脑和灯具采用第二类热边界条件．给定热通量．人员在办公环境下属于极轻活动，全热散热量取134W【4l，灯具取45W／台，电脑150W／台；(4)不考虑门空气渗透的影响；(5)考虑重力因素的影响，沿Z向设定重力加速度建筑建材装饰103建筑建材装饰l研究与探讨RESEARCH＆DISCUSSION的大小和方向1。3模拟结果与分析3．1夏季工况模拟结果1．假定室外气温为36"(i，气流组织为侧送侧回，送风口风速2

6、．0rids，送风温度为15℃(夏季工况1)。取过房间中心线Y=2m和人体脚踝以及站姿Z=0．1m(脚踝面)、Z=1．7m(站姿面)剖面来分析。模拟结果见图3所示，根据图3分析可知：(1)由图3可以看出：整个流场属于典型的侧送风贴附式射流，空气由送风口送出，起始端风速较大．沿射流方向下沉并且温度和速度缓慢衰减，在送风达到南外墙时折回经回风口排出，流场上部为紊流区，下部为单向流动区。热源附近区域温度明显要高且对室内流场有显著的扰动作用．房间中心过道由于扰动较小．温度和速度均低于房间其他区域；室内存在温度梯度但分层现象不明显

7、．总体来说，离送风口和回风口区域温度较低，外墙和外窗对温度场和速度场有明显的“排斥”作用。(2)在假定的送风条件下．温度场在房间内变化较大，在整个人员工作区域(1．7m以下位置)温度处于25℃以下。脚踝处温度在2lac左右，地板到站姿面之间的温度梯度在3"C以下，人体的热感觉差异不明显；同时，速度场在房间的区域变化同样显著，过道、房间上部区域、热源、送回风口处温度值较高．脚踝面除过道处处在0．3rids以下．站姿模式下除过道处都处在0．4m／s以下。综合温度和速度分布，人体的热感觉较为舒适，符合现行规范舒适性空调活动区风

8、速≤03rids的规定”1。2调换送回风口的位置，设定送风温度180C，送风风速1．5m／s(夏季工况2)．模拟结果见图4所示，根据图4分析可知：(1)由图4得到：竖直方向上温度存在分层，下部区域温度低上部温度高；温度较高区域分布在南外墙和窗、热源、天花板处．温度低的区域处在房间的下部、过道处：热源和维护结构的传热对