TVOC——空调房间内污染物分布特性的模拟研究

和实验研究 。仿真结果表明置换通风消除污染物 的效果优于侧送风和顶棚散流器送风 。文献 [ 4 ] 用 FLUENT6来模拟了 5 种不同的通风形式下的 VOC浓度变化 。当采用持续通风时 , VOC的浓度 显著降低 ,当停止通风时 , VOC 的浓度又会达到 一个很高的高度 ,并得出了不同通风方式下的效 果 。 Yang利用自己建立的污染物散发模型模拟 分析了一个办公室内置换通风和混合通风两种方 式对 VOC的排除效果 [ 5 ] 。文献 [ 6 ]用 CFD 方法 研究分析了机械通风与自然通风相结合的混合通 风条件下室内空气环境 VOC浓度场的分布状况 。 目前 ,国内外对孔板送风条件下室内 VOC浓度场 的 CFD 模拟分析与试验验证相对较少 ,对比研究 选取的通风方案也不尽相同 。本文的主要目的是 对空调房间采用不同气流组织方案时的污染物消 除情况进行模拟和比较 ,得出有利于消除污染物
7m in后达到了国家标准规定的浓度限值 ,污染物 口流走 ,使得参与稀释污染物的射流减少 ,因此该
浓度趋于稳定时的浓度值也最低 ,分别达到 0. 58 模型在测点 3 处污染物浓度下降最慢 ,在 10m in
mg /m3和 0. 54m g /m3 ;
后才下降到国家标准规定的浓度限值 ;
(2)由图 ( c)可知 ,在测点 3的位置上 ,由于
(3)由图 ( d) 、( e)可以看出 , 5 种气流分布模
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型在 4、5测点上的污染物浓度下降规律相似 ,由于 孔板送风模型 、异侧上送下回模型、同侧上送下回 模型中的送风气流最先到达 4、5测点 ,致使这 3种 模型在这两个测点上污染物浓度下降比较快 ,大致 在 6m in左右降到国家标准规定的浓度限值 ;
为了更直观地对比出污染物浓度下降趋势 , 本文在图 1所示的房间中距地面 1. 0m 处选取了 5个测点 ,其位置如图 2所示 。
图 3列举了 5种气流分布模型中工作区 5个 测点污染物浓度随时间的变化 。房间开始送风 时 ,工作区各点的污染物浓度均有不同程度的下 降 ,当送风 16m in后 ,不同气流分布模式下的污染
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文章编号 : 1005—0329 ( 2010) 03—0076—05
空调房间内污染物分布特性的模拟研究
孙丽颖 1 ,李 岩 2
( 1. 哈尔滨工程大学 ,黑龙江哈尔滨 150001; 2. 中国石油天然气管道工程公司 ,东北分公司 ,辽宁沈阳 110031)
摘 要 : 应用 CFD方法分析了空调房间内 5种气流组织条件下污染物的浓度分布情况 ,研究结果表明 ,孔板送风形式 更有利于污染物的消除 。针对孔板送风模型 ,对不同新风量 、不同污染源散发量等工况进行了数值模拟 ,得出了在这些 工况下污染物浓度的分布特性和变化规律 ,从控制室内污染物的角度为空调系统的设计提供参考 。 关键词 : 污染物 ;分布特性 ;气流组织 ;数值模拟 中图分类号 : TU83 文献标识码 : A doi: 10. 3969 / j. issn. 1005 - 0329. 2010. 03. 017
收稿日期 : 2009—09—03 修稿日期 : 2009—11—18
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的气流分布模型 ,并对孔板送风方案的模拟结果 进行实验验证 ,分析最优模型下的新风比 、污染物 散发量等因素对污染物消除的影响规律 ,以期从 控制室内污染物的角度为空调系统的合理设计提 供参考 。
5 5t
(ρ<
)
+
(ρV <i ) =
(Γ<
<) + S<
(1) 式中 <———通用变量 , 既可以是标量也可以是
矢量
Γ< ———广义扩散系数 S< ———广义源项 采用数值方法对方程进行求解 ,对通用方程 中各变量进行无因次化 ,采用控制容积法和交错 网格对通用控制方程进行离散 ,差分格式使用混 合格式 ,求解算法为 SIM PLE算法 。 2. 3 边界条件 (1)对于孔板风口 ,即用一个面积与屋顶面 积相同的矩形风口代替原风口 ,将入口的动量设 定成实际的入口动量 [ 7 ] ; ( 2 ) 送 风 风 量 为 1134m3 / h, 送 风 温 度 为 18℃; (3)因为实验室建在房间内 ,内外温度几乎 一致 ,而且墙体采用隔热材料制成 ,所以可以假定 成绝热墙体 ; (4)桌子 ,椅子等室内物体都作为冷源处理 , 不向外面散发热量 ; (5)人体皮肤温度为 33℃[ 8 ] ; (6)对散流器风口模型做以下假设 : 将散流 器均分为 9个出风口 ,各个开口的风量按照风口 的实际面积比例来分配 ,出风口四面出流方向均 与顶棚成 39°[ 9 ] ; (7)侧送风口并不是水平向外吹风 ,不能简单 假定成一个矩形风口 ,所以将侧送百叶风口分成 上 、中、下 3个等大小出口 ,出风量各占总风量的三
2 物理和数学模型
2. 1 物理模型 以哈尔滨工程大学人工环境实验室的空调房
间作为研究对象 ,将其功能假定为办公室 ,房间的 物理模型如图 1所示 。房间的尺寸为 4. 5m ×3. 5 m ×2. 8m (长 ×宽 ×高 ) ,一门一窗位于南墙上 。 设实验房间内共有 2 张桌子和 2个人 ,根据实际 情况设 2张桌子是污染物 TVOC的主要散发源 , 桌子的尺寸为 1. 2m ×0. 4m ×0. 6m (长 ×宽 × 高 )。
(4)由图 ( f)可以看出 ,从消除污染物的速率 来看 , 5 种模型从优到劣的顺序为 : 孔板送风模 型 、同侧上送下回模型 、异侧上送下回模型 、顶棚 散流器上送上回模型 、顶棚散流器上送下回模型 , 孔板送风模型和同侧上送下回模型污染物浓度降 低速率均较快 ,由于同侧上送下回送风模型室内 气流存在少量漩涡 ,不利于污染物的扩散 ,所以污 染物下降速度略低于孔板送风模型 ,并且同侧上 送下回模型送风没有孔板送风模型气流分布均 匀 ,相比之下舒适性没有孔板送风模型好 ,所以在 5种模型中 ,孔板送风是污染物消除速度最快且 舒适性最好的气流分布模型 。 3. 2 新风量对室内污染物浓度分布的影响
本文研究办公室在 5种气流组织模型下的污 染物分布 , 5种气流组织模型分别为 : ( 1)孔板送 风上送下回空调系统模型 ; ( 2 )顶棚散流器上送 下回空调系统模型 ; ( 3 )顶棚散流器上送上回空 调系统模型 ; ( 4 ) 异侧上送下回空调系统模型 ; (5)同侧上送下回空调系统模型 。顶棚散流器上 送下回空调系统模型见图 1,其余各模型的房间 尺寸 、送风量 、家具布置 、人员数量等条件均相同 , 只是风口形式与位置有所不同 ,如表 1 所示 。各 种模型中的回风口均为百叶风口 ,尺寸为 0. 39m
散流器 (颈部尺寸
3
顶棚西侧 300mm ×300mm )
4
百叶风口 (风口尺寸 300mm ×240mm )
西墙上方
5
百叶风口 (风口尺寸 300mm ×240mm )
西墙上方
回风口位置 东墙下方 东墙下方
顶棚东侧
东墙下方
西墙下方
采用 k - ε二方程模型求解湍流对流换热问 题时 , k - ε方程与动量方程 、能量方程和连续性 方程构成了室内空气流动的控制方程 ,其通用形 式如下 :
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分之一 ,上下两个出风口与竖直平面成 60°[9 ] 。 3 模拟结果分析
物浓度均趋于稳定状态 ,不再随时间变化 。从图 3中可得出以下结论 :
3. 1 气流组织形式对工作区污染物浓度分布的 影响
Abstract: By app lication of CFD , the concentration distribution of pollutants under the conditions of the five kinds of airflow or2 ganizations in the air2condition room was analyzed. The results show that the form of the orifice p late air supp ly is more conducive to the elim ination of pollutants. A s for the model of orifice p late air supp ly, the author made numerical simulation on the condi2 tions of the different air quantity and the different em issions of pollution source. The author has obtained the distribution charac2 teristics of pollutant concentration and the change of regular pattern, expecting to p rovide reference for the design of air2condition2 ing system from the perspective of the control over the indoor pollutants. Key words: pollutants; distribution characteristic; airflow organization; numerical simulation
图 2 房间测点布置
( a) 测点 1 ( b) 测点 2 ( c) 测点 3
( d) 测点 4 ( e) 测点 5 ( f) 室内平均污染物浓度
图 3 工作区污染物浓度
(1)由图 ( a) 、( b)可以看出 ,在测点 1、2位置 顶棚上送下回送风模型的直接射流作用 ,使这个
上 ,不同送回风模型的污染物浓度下降趋势相似 , 测点污染物浓度下降最ห้องสมุดไป่ตู้ ,在 7m in后就下降到了
由于顶棚上送上回模型的送风口离这两个测点位 国家标准规定的浓度限值 ,同时在污染物浓度趋
置很近 ,所以顶棚上送上回模型在测点 1、2 位置 于稳定时 ,顶棚上送下回模型的污染物浓度也最
上的污染物浓度下降 最快 , 分别 在 10m in 后 和 低 。顶棚上送上回模型由于部分射流直接从回风
S im ula tion Study on D istr ibution of the Pollutan ts in the A ir2cond ition Room
SUN L i2ying1 , L I Yan2 (1. Harbin Engineering University, Harbin 150001, China; 2. CPPE Northesast Sub2branch, Shenyang 110031)
×0. 6m。
图 1 房间的物理模型示意
2. 2 数学模型的建立 大量的试验表明 :空调房间内的气流基本上
是湍流 ,根据实际情况 ,采用非稳态的湍流模型对 室内气流分布进行数值模拟 。
表 1 5种气流组织形式的风口尺寸与位置
类型 送风口形式 送风口位置
1
孔板送风口
满布顶棚
散流器 (颈部尺寸
2
顶棚中央 300mm ×300mm )
1 前言
由于各种装修材料的大量使用 ,装修后许多 有毒有害物质不断释放 ,密闭的空调环境极易造 成室内空气品质进一步恶化 。对于办公楼等设置 空调系统的场所 ,如何制定合理的送风方案 ,用最 短的时间降低室内污染物浓度 ,用优化的气流组 织最大限度地降低污染物对人员的影响 ,在保证 人员身体健康和提高工作效率方面都具有十分重 要的意义 。装修材料中 VOC的散发给室内人员 的健康带来极大的危害 ,一些学者采用理论分析 与数值模拟的方法进行了室内 VOC浓度分布特 性的研究 。李先庭等利用送风模型 、污染源散发 模型和初始条件推出了污染物浓度分布的解析 式 ,并通过实验数据进行了验证 [ 1、2 ] 。文献 [ 3 ]对 3种送风形式消除室内污染物的性能进行了模拟