大空间室内人工环境的流场和温度场数值模拟
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南京航空航天大学 硕士学位论文 大空间室内人工环境的流场和温度场数值模拟 姓名：林细光 申请学位级别：硕士 专业：热能工程 指导教师：张靖周 20071001
南京航空航天大学硕士学位论文
摘
要
随着社会经济的发展，城市建设和现代建筑的增加，各式各样的大空间建 筑，如：大型的会展中心、体育场馆、影剧院、工厂厂房等的室内热环境及其 舒适性研究逐渐为人们所关注。本文采用计算流体力学（CFD）技术研究典型的 大空间建筑－大演播厅室内空气分布状况，并在此基础上探讨多热源大演播厅 空调设计的优化方法。 本文应用流体力学计算软件 FLUENT 对大演播厅在不同空调气流组织形式 下其室内空气流动的温度场、速度场进行数值模拟，绘制出不同气流组织形式 下室内典型区域特征断面温度场和速度场的截面图。 针对其中所空调设计负荷计算、送风参数、送风角度、风口尺寸、位置等 气流组织方面的问题进行定量比较分析，其结果表明在舞台灯具集中的上方天 棚开通风孔，利用新风的对室内形成的正压排风，能够有效带走大量的灯具负 荷。为了兼顾噪音标准和流场组织，采用高、中风速以较大角度送风，侧向下 回风是比较理想的气流组织形式。为该大空间演播厅室内环境的空气调节优化 设计提供直观依据。 关键词：计算流体动力学；数值模拟；空气调节
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南京航空航天大学硕士学位论文
图 表 目 录
图 2.1 基本程序结构示意图 .................................................................................7 图 2. 2 计算模型壁面网格加密示意图 ................................................................8 图 3. 1 演播厅建筑平面图 ..................................................................................13 图 3. 2 舞台灯具布置图 ......................................................................................14 图 3.3 演播厅模型图 ..........................................................................................16 图 3. 4 侧壁风口布置图 .....................................................................................17 图 4. 1 空调风口送风角度示意图 .....................................................................22 图 4. 2 工况 A3 的靠近送风口流场流线图 ......................................................23 图 4. 3 工况 A3 的靠近回风口和排风口流场流线图 ......................................23 图 4. 4 速度 V=3m/s 截面 Z＝2.8m 上热分层 ..................................................24 图 4. 5 速度 V=2.63m/s 截面 Z＝2.8m 上热分层 .............................................25 图 4. 6 速度 V=2.17m/s 截面 Z＝2.8m 上热分层 .............................................25 图 4. 7 工况 B3 截面 Z＝2.8m 温度场 flood 图................................................26 图 4. 8 工况 B7 截面 Z＝2.8m 温度场 flood 图................................................27 图 4. 9 速度 V=3m/s 截面 Z＝9m 上热分层 .....................................................27 图 4. 10 速度 V=2.63m/s 截面 Z＝9m 上热分层 ............................................28 图 4. 11 速度 V=2.17m/s 截面 Z＝9m 上热分层 ..............................................28 图 4. 12 速度 V=3m/s 截面 X＝9m 上热分层 ..................................................29 图 4. 13 速度 V=2.63m/s 截面 X＝9m 上热分层 .............................................30 图 4. 14 速度 V=2.17m/s 截面 X＝9m 上热分层 .............................................30 图 4. 15 工况 A3 Z = 2.8m 温度场图 ...............................................................31 图 4. 16 工况 A3 Z = 2.8m 流场图 ...................................................................32 图 4. 17 工况 A4 Z = 2.8m 温度场图 ...............................................................32 图 4. 18 工况 A4 Z = 2.8m 流场图 ...................................................................33 图 4. 19 工况 A3 Z = 9m 温度场图 .................................................................34 图 4. 20 工况 A3 Z = 9m 流场图 .....................................................................34 图 4. 21 工况 A4 Z = 9m 温度场图 .................................................................35 图 4. 22 工况 A4 Z = 9m 流场图 .....................................................................35 图 4. 23 工况 A3 X＝9m 温度场图 ..................................................................36
为首的日本东京大学建筑系研究小组利用三维湍流模型对建筑物室内空气分布进行了数值模拟对诸如压力边界条件的给定等问题进行研究并将其运用到暖通空调系统中利用cfd术来改进大空间空调系统设计过程提出用cfd技术改进工程设计1984年reimartz和renz于1984年详细计算了一个利用环行散流器送风的房间内气流速度和温度分布他们对散流器按照二维情形直接进行模拟所用网格数为5050同在1984年alamdari和hammond描述了计算建筑物表面对流换热系数的计算方法
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大空间室内人工环境的流场和温度场数值模拟
Abstract
With the development of economy and increase of modern buildings of large room, more attention is paid to the indoor thermal condition and comfort. CFD was used in this paper to solve the air distribution of a typical large space building － large audience studio, additionally, an air-condition design optimization method for multiple thermal sources large audience studio was also given. Three different air-condition airflow organization forms were studied by FLUENT6.1.2. Corresponding temperature field and velocity field contour in representative region were also present in the thesis. Rational analysis was given for the air-condition load calculation, blast parameter, air-supplying angle, air vent size and position. Results show that much lamps load can be removed with blowholes in ceiling above gathering lamps and the heat air exhaust caused by fresh air supplying pressure. Taking noise standard and flow field into account, a better airflow organization form is to supply air at 75 degree angle from the side wall and return to down in high or middle air supplying velocity. All of this is referred to similar examples. Keywords: Computational fluid dynamics, numerical simulation, airflow organization
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大空间室内人工环境的流场和温度场数值模拟
图 4. 24 工况 A3 X＝9m 流场图 ......................................................................36 图 4. 25 工况 A4 图 4. 26 工况 A4 X＝9m 温度场图 ...............................................................37 X＝9m 流场图 ...................................................................37
图 4. 27 工作区不同高度平面截取示意图 .......................................................39 图 4. 28 考察点分布平面示意图 .......................................................................40 图 4. 29 不同送风角度下工作区平均温度变化曲线 .......................................41 图 4. 30 不同送风角度下合格 EDT 比的变化曲线 ..........................................42 图 4. 31 不同送风角度下 ADPI 变化曲线 ........................................................42 图 4. 32 不同送风角度下 Et 变化曲线 ..............................................................43 图 4. 33 工况 D Z = 2.8m 温度场图 .................................................................44 图 4. 34 工况 D Z = 2.8m 流场图 .....................................................................45 图 4. 35 工况 D Z = 9m 温度场图 ....................................................................45 图 4. 36 工况 D Z = 9m 温度场云图 ................................................................46 图 4. 37 工况 D Z = 9m 流场图 ........................................................................46 图 4. 38 工况 D X = 9m 温度场图 ....................................................................47 图 4. 39 工况 D X = 9m 流场图 ........................................................................47 图 4. 40 工况 D Y = 0.8m 温度场图 ..................................................................48 图 4. 41 工况 D Y = 0.8m 流场图 ......................................................................48
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摘
要
随着社会经济的发展，城市建设和现代建筑的增加，各式各样的大空间建 筑，如：大型的会展中心、体育场馆、影剧院、工厂厂房等的室内热环境及其 舒适性研究逐渐为人们所关注。本文采用计算流体力学（CFD）技术研究典型的 大空间建筑－大演播厅室内空气分布状况，并在此基础上探讨多热源大演播厅 空调设计的优化方法。 本文应用流体力学计算软件 FLUENT 对大演播厅在不同空调气流组织形式 下其室内空气流动的温度场、速度场进行数值模拟，绘制出不同气流组织形式 下室内典型区域特征断面温度场和速度场的截面图。 针对其中所空调设计负荷计算、送风参数、送风角度、风口尺寸、位置等 气流组织方面的问题进行定量比较分析，其结果表明在舞台灯具集中的上方天 棚开通风孔，利用新风的对室内形成的正压排风，能够有效带走大量的灯具负 荷。为了兼顾噪音标准和流场组织，采用高、中风速以较大角度送风，侧向下 回风是比较理想的气流组织形式。为该大空间演播厅室内环境的空气调节优化 设计提供直观依据。 关键词：计算流体动力学；数值模拟；空气调节
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图 2.1 基本程序结构示意图 .................................................................................7 图 2. 2 计算模型壁面网格加密示意图 ................................................................8 图 3. 1 演播厅建筑平面图 ..................................................................................13 图 3. 2 舞台灯具布置图 ......................................................................................14 图 3.3 演播厅模型图 ..........................................................................................16 图 3. 4 侧壁风口布置图 .....................................................................................17 图 4. 1 空调风口送风角度示意图 .....................................................................22 图 4. 2 工况 A3 的靠近送风口流场流线图 ......................................................23 图 4. 3 工况 A3 的靠近回风口和排风口流场流线图 ......................................23 图 4. 4 速度 V=3m/s 截面 Z＝2.8m 上热分层 ..................................................24 图 4. 5 速度 V=2.63m/s 截面 Z＝2.8m 上热分层 .............................................25 图 4. 6 速度 V=2.17m/s 截面 Z＝2.8m 上热分层 .............................................25 图 4. 7 工况 B3 截面 Z＝2.8m 温度场 flood 图................................................26 图 4. 8 工况 B7 截面 Z＝2.8m 温度场 flood 图................................................27 图 4. 9 速度 V=3m/s 截面 Z＝9m 上热分层 .....................................................27 图 4. 10 速度 V=2.63m/s 截面 Z＝9m 上热分层 ............................................28 图 4. 11 速度 V=2.17m/s 截面 Z＝9m 上热分层 ..............................................28 图 4. 12 速度 V=3m/s 截面 X＝9m 上热分层 ..................................................29 图 4. 13 速度 V=2.63m/s 截面 X＝9m 上热分层 .............................................30 图 4. 14 速度 V=2.17m/s 截面 X＝9m 上热分层 .............................................30 图 4. 15 工况 A3 Z = 2.8m 温度场图 ...............................................................31 图 4. 16 工况 A3 Z = 2.8m 流场图 ...................................................................32 图 4. 17 工况 A4 Z = 2.8m 温度场图 ...............................................................32 图 4. 18 工况 A4 Z = 2.8m 流场图 ...................................................................33 图 4. 19 工况 A3 Z = 9m 温度场图 .................................................................34 图 4. 20 工况 A3 Z = 9m 流场图 .....................................................................34 图 4. 21 工况 A4 Z = 9m 温度场图 .................................................................35 图 4. 22 工况 A4 Z = 9m 流场图 .....................................................................35 图 4. 23 工况 A3 X＝9m 温度场图 ..................................................................36
为首的日本东京大学建筑系研究小组利用三维湍流模型对建筑物室内空气分布进行了数值模拟对诸如压力边界条件的给定等问题进行研究并将其运用到暖通空调系统中利用cfd术来改进大空间空调系统设计过程提出用cfd技术改进工程设计1984年reimartz和renz于1984年详细计算了一个利用环行散流器送风的房间内气流速度和温度分布他们对散流器按照二维情形直接进行模拟所用网格数为5050同在1984年alamdari和hammond描述了计算建筑物表面对流换热系数的计算方法
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大空间室内人工环境的流场和温度场数值模拟
Abstract
With the development of economy and increase of modern buildings of large room, more attention is paid to the indoor thermal condition and comfort. CFD was used in this paper to solve the air distribution of a typical large space building － large audience studio, additionally, an air-condition design optimization method for multiple thermal sources large audience studio was also given. Three different air-condition airflow organization forms were studied by FLUENT6.1.2. Corresponding temperature field and velocity field contour in representative region were also present in the thesis. Rational analysis was given for the air-condition load calculation, blast parameter, air-supplying angle, air vent size and position. Results show that much lamps load can be removed with blowholes in ceiling above gathering lamps and the heat air exhaust caused by fresh air supplying pressure. Taking noise standard and flow field into account, a better airflow organization form is to supply air at 75 degree angle from the side wall and return to down in high or middle air supplying velocity. All of this is referred to similar examples. Keywords: Computational fluid dynamics, numerical simulation, airflow organization
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大空间室内人工环境的流场和温度场数值模拟
图 4. 24 工况 A3 X＝9m 流场图 ......................................................................36 图 4. 25 工况 A4 图 4. 26 工况 A4 X＝9m 温度场图 ...............................................................37 X＝9m 流场图 ...................................................................37
图 4. 27 工作区不同高度平面截取示意图 .......................................................39 图 4. 28 考察点分布平面示意图 .......................................................................40 图 4. 29 不同送风角度下工作区平均温度变化曲线 .......................................41 图 4. 30 不同送风角度下合格 EDT 比的变化曲线 ..........................................42 图 4. 31 不同送风角度下 ADPI 变化曲线 ........................................................42 图 4. 32 不同送风角度下 Et 变化曲线 ..............................................................43 图 4. 33 工况 D Z = 2.8m 温度场图 .................................................................44 图 4. 34 工况 D Z = 2.8m 流场图 .....................................................................45 图 4. 35 工况 D Z = 9m 温度场图 ....................................................................45 图 4. 36 工况 D Z = 9m 温度场云图 ................................................................46 图 4. 37 工况 D Z = 9m 流场图 ........................................................................46 图 4. 38 工况 D X = 9m 温度场图 ....................................................................47 图 4. 39 工况 D X = 9m 流场图 ........................................................................47 图 4. 40 工况 D Y = 0.8m 温度场图 ..................................................................48 图 4. 41 工况 D Y = 0.8m 流场图 ......................................................................48