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1、66技术交流园地2000年第30卷第2期一种求解湿空气温度和相对湿度的CFD算法清华大学李先庭李晓锋彦启森提要以往在用计算流体力学(CFD)方法计算空气温度时,仅考虑空气显热,导致计算温度与实际情况相差较大。提出一种考虑潜热的计算房间温度和相对湿度的CFD方法,将两种计算结果进行了比较,发现前者的计算结果较后者约高0.5~1。关键词计算流体力学湿空气理论模型CFDalgorithmforwetairtemperatureandrelativehumiditycal
2、culationByLiXianting,LiXiaofengandYanQisenAbstractInviewoftheconsiderableerrorinusingCFDmethodtocalculatetheairtemperatureduetothelatentheattreatedasnegligible,putsforwardatheoreticalmodeltakinglatentheatintoaccount,whichisconsistedofenthalpyandvaporconcentratio
3、nequations.Bysimulatingaprojectwiththemodel,comparesthetemperaturedistributioncalculationresultswithandwithoutlatentheatinconsideration,showingthatwithoutconsideringlatentheatwillresultinariseintemperatureof0.5-1.KeywordsCFD,wetair,theoreticalmodelTsinghuaUnive
4、rsity,China计算流体力学(CFD即ComputationalFluid参数。CFD技术有很多个分支,目前在暖通空调Dynamics)在暖通空调的应用始于70年代。早期行业应用最多的是由斯波尔丁(Spalding)和帕坦卡的应用对象主要是工程设备中出现的热、质传递。(Patankar)提出的用于求解传热和流体流动计算[3]随着空调技术的发展,CFD技术越来越多地成为的SIMPLE算法。暖通空调工程师用于分析房间速度场、温度场和污连续性方程、动量方程、能量方程、组份方程都[1~2]染物浓度场的工具。由于现有的C
5、FD软件一可以写成下列通用方程的形式:般是由从事力学、化工和工程热物理的专家开发()+div(u+J)=S(1)的,一般都不考虑相对湿度的问题。然而,暖通空t调领域的空气参数一般都与潜热和相对湿度有关,其中代表通用变量u,v,w,h(或T)等,,u,如不考虑潜热和相对湿度,势必造成温度场计算的J,S分别表示密度、速度矢量、扩散通量和源项。不准确,也不便于评价各点的舒适性和空气品质。扩散通量由下式确定:笔者提出一种考虑空气中的潜热求解温度和J=-grad(2)空气相对湿度的方法,并给出计算实例
6、。1湿空气温湿度的输运方程李先庭,男,1967月10生,工学博士,副教授CFD技术可以通过求解普遍遵守的质量守100084清华大学热能工程系(010)62782746恒、动量守恒、能量守恒方程,获得计算区域的各种收稿日期:1998-10-28暖通空调HV&AC技术交流园地67其中表示通用变量的有效交换系数。在直角积的产热量(显热+潜热)。坐标系下,,和S的值如表1所示。其中,u,v,根据湿空气的物理性质,湿空气的温度由下式[4]w分别表示x,y,z3个方向的
7、速度,T,k,和p确定:分别表示温度、湍能、湍能耗散率和压力,gx,gy,h=1.01T+d(2500+1.84T)(4)gz分别表示x,y,z3个方向的重力加速度,ref为其中d为湿空气的含湿量。空气的参考密度,l,t,eff分别为层流粘性系数、为求解湿空气的含湿量,须增加湿空气中水蒸气的质量浓度YWA,它满足如下的质量守恒方程:湍流粘性系数和有效粘性系数,T,k,分别为T,k,的当量普朗特数。(YWA)+(uYWA)+(vYWA)+txy表1,和S的值YWAYW
8、ASz(wYWA)=x(Yx)+y(Yy)+100YWApuvw(Y)+SY(5)-+(eff)+(eff)+(eff)+zzuefxxxyxzxgx(-ref)其中Y和SY分别为有效扩散系数和水蒸气源-p+(uv
