空调房间气流组织数值模拟和优化课程

毕业设计说明书作者：学号：学院：系(专业)：热能与动力工程题目：空调房间气流组织数值模拟和优化指导者：讲师(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)2012 年 6 月2 日毕业设计（论文）中文摘要毕业设计（论文）外文摘要Title Numerical simulation of air-conditioned room air distribution and optimizationAbstractAirflow-organizing in air-conditioned indoor air environment, air quality has an important effect is directly related to the indoor temperature, area, flow rate and air-conditioning energy consumption is an important part of the air-conditioned. Effective ventilation and airflow organization has an important significance for improving indoor air quality, to ensure the realization of healthy buildings, healthy comfort air conditioning.The main factors to affect the flow in room inlet velocity, the location of the air inlet into the return air relative position Firstly, the establishment of a physical model and mesh using Gambit software, and numerical simulations using Fluent software, said in an intuitive way the temperature field and velocity field of airflow under different air distribution program, analyzing the draw for office and other similar air-conditioned room, Side of the send side back, on sending the next time, on to send back, next to send back to the four air distribution are more appropriate. But the better Side of the send side back and on to send back on the air current forms of organization.Keywords：Airflow-organizing;Numerical simulation; Turbulencemodel;Temperature field;Velocity field.目次1引言 (1)1.1研究的背景及意义 (1)1.2 国内外的研究成果 (1)1.3 本文的主要内容和工作 (2)2空调房间的气流组织形式 (3)2.1气流组织的介绍 (3)2.2常用的气流组织形式 (3)2.2.1侧送侧回 (4)2.2.2上送下回 (4)2.2.3上送上回 (4)2.2.4 下送上回 (5)3 气流组织和室内舒适性的评价指标 (5)3.1技术指标 (5)3.2经济性指标 (7)3.3适性空调室内空气计算参数 (8)4 空调房间的数值模拟过程 (8)4.1物理模型的建立 (8)4.2网格的划分 (11)4.3数学模型 (11)4.4在Fluent里的参数 (13)4.5解算结果及后处理 (14)5数值模拟结果分析 (15)5.1侧送侧回的结果及分析 (15)5.2 异侧下送上回的结果及分析 (17)5.3上送上回的结果及分析 (19)5.4上送下回的结果及分析 (20)结论 (22)参考文献 (23)致谢 (25)1 引言1．1 研究的背景及意义随着经济的发展和科技的进步，人们的物质生活水平不断提高，空调的使用越来越普及，人们对居住和工作环境的要求也越来越高，因此对通风空调技术也提出了更高的要求。

在空调房间内，气流组织是通风和空调系统的重要组成部分，气流组织直接影响室内空调效果，是关系着房间工作区的温度、湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度及清洁程度和人们舒适感的重要因素，是一切空调工程设计中必须考虑和重视的问题。

有效地通风和合理的气流组织对于改善室内空气品质，实现工作环境健康舒适性有着重要的意义。

因此人们希望在建筑规划设计阶段就能详细了解由空调通风所形成的室内空气速度场、温度场、湿度场以及有害物浓度场等的分布情况，从而制定出最佳的气流组织方案[1]。

空调房间内的空气分布与送/回风口的尺寸、形式、数量及位置，送风参数（送风温度，风速），房间的大小及污染源的位置和性质等有关。

这些参数直接影响空调室内调节效果，影响室内的温度，风速和室内人员的舒适度，是空气调节的一个重要环节，也是空调设计过程中要重点考虑的一个环节。

由于影响空气分布的因素较多，加上实际工程中的具体条件的多样性，因此难于用简单的理论或经验表达式来综合上述诸多因素的影响。

目前，在空间气流分布计算方面，较多采用依赖于实验的经验式，由于实验条件的不同，在各种实验结果间存在一定的差异，但在总体规律性方面却基本雷同[2]。

1.2 国内外的研究成果鉴于空调房间的气流组织形式对能源的损耗、室内空气的品质和人体健康舒适性有着至关重要的作用。

国外从20世纪20年代就对此领域展开了研究，如对等温、非等温射流运动规律的研究，送风方式与舒适度关系的研究，各类建筑物不同送/回风方式的研究，室内空气品质的研究等。

在国内，天津大学的马九贤教授于80年代组织建造了国内第一个专门用来对空调房间内气流情况进行研究的实验室，并取得了一定的研究成果，为进一步进行房间气流的研究奠定了基础[3]。

文献[4][5]得出下送风气流组织的送风口形式、送风进口作为示踪与人体距离、送风速度和送风温度对人体热舒适的影响。

文献[6]利用C02气体，研究了空气龄与质点换气效率、房间换气次数之间的关系。

Nielsen等人对空调房间模型内二维流动进行了模拟实验[7]。

Zhang G、Morsing和Bjerg等人在Nielsen研究的基础上改变模型房间长宽高等比例进行了模型实验[8]。

J.D. Posner等人采用RNG k-ε模型模拟预测模型室的测量[9]。

随着计算机技术的发展，CFD技术开始用于空调房间的气流分析。

1974年，丹麦的Nielsen首次将CFD技术应用于空调工程，数值模拟空调房间室内空气流动情况，利用流函数和涡旋公式求解封闭二维流动方程。

Chen Qingyan则在1988年利用CFD技术对建筑物能耗、室内空气流动情况以及室内空气品质等问题进行了分析和研究。

在2000年Topp、Nielsen和Davidson在全方位通风的房间内，利用CFD方法模拟了在等温壁条件下的空气流动情况[10]。

国内也有众多的研究者利用CFD技术对空调房间气流组织进行优化和研究。

1988年，张建忠分析了数值模拟方法在通风空调领域的应用情况，还对常见的工业敞口槽通风问题作了数值计算分析，把问题简化为二维稳定不可压缩的粘性流动[11]。

文献[12]利用实验和数值模拟方法研究了空洞建筑上送风情况下空调室内的流场分步情况，指出送风温度和风速是对温度分层高度有重要影响。

上述文献虽对空调房间气流组织进行了大量的研究，但只是对工程上某种具体的气流形式的研究没有对不同气流组织形式进行系统、详细地比较。

关于空调室内气流组织下的温度详细分布的文献未见报道。

1.3 本文的主要内容和工作本文以计算流体力学和数值传热学为理论基础，对空调房间的气流组织形式和室内空气三维湍流流动的数值模拟方法进行分析，使用Gambit建立夏季空调房间常见的四种气流组织模型，采用FLUENT软件以直观的方式显示了四种气流组织方案的气流流型，分析讨论其气流分布规律、特点，并将数值计算结果进行处理，并将各种不同送气流组织形式下的温度场和速度场进行对比，总结各种气流组织形式的优缺点。

本文内容安排1、简述气流组织研究的背景及意义，并简单介绍国内外气流组织研究现状。

2、介绍空调房间气流组织及常用的气流组织形式。

3、介绍空调室内舒适性的评价指标和气流组织的评价指标。

4、使用Gambit建立气流组织模拟的物理模型，并对其进行适当简化，对物理模型进行网格划分，确定Fluent软件中的参数设置，应用Fluent软件，对常见的四种气流组织形式进行模拟计算。

5、对模拟结果进行分析，得出结论。

2 空调房间的气流组织形式2.1 气流组织的介绍狭义的气流组织指的是上（下、侧、中）送上（下、侧、中）回或置换送风、个性化送风等具体的送回风形式，即气流组织形式；广义的室内气流组织，是指一定的送风口形式和送风参数所带来的室内气流分布。

经过一定处理过后的空气，经过空调系统进入空调房间，与室内空气进行热湿交换后由回风口排出。

显然，空调房间的速度场、温度场的均匀性和稳定性与室内空气的流动情况密切相关。

气流组织设计的目的就是合理的组织室内空气的流动和分布，使室内工作区空气的温度、湿度、风速和洁净度能更好地满足室内人员的舒适感要求。

只有合理的气流组织才能充分发挥送风的冷却和加热作用，均匀地消除室内的冷(热)、湿负荷，并有效的排除有害物和悬浮在空气中的灰尘,满足室内人员对新鲜空气的需求。

好的通风系统不仅要能够给室内体统一个健康、舒适的环境，而且要有很高的经济性。

因此，根据室内环境等的特点和需要，采取最恰当的通风系统和气流组织形式，实现优质高效运行，就显得尤为重要。

2.2 常用的气流组织形式在实际工程中，常用的气流组织形式有：侧送侧回、上送下回、上送上回、下送上回等。

2.2.1 侧送侧回图2-1 侧送侧回气流分布侧送侧回的送风口布置在房间的侧墙上部，气流横向送出，气流吹到对面墙上后下落到工作区，以较低速度流过工作区，再通过布置在同侧墙下方的回风口排出。

侧送侧回形式中，工作区处于回流区，由于气流在到达工作区之前，已经和房间内空气进行了比较充分的混合，使房间内速度场和温度场都趋于均匀和稳定，因此能保证工作区具有稳定和均匀的气流速度和温度。