導(dǎo)語：室內(nèi)熱環(huán)境驗(yàn)證研究論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文應(yīng)用數(shù)值模擬軟件，利用第三類邊界條件對(duì)某實(shí)驗(yàn)房的室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明模擬值與實(shí)際測(cè)量值基本吻合。在數(shù)值模擬驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，論文通過設(shè)置不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工特性、室外空氣溫度、以及送風(fēng)參數(shù)的模擬，得到了相應(yīng)室內(nèi)熱環(huán)境隨圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工特性、室外溫度、送風(fēng)參數(shù)變化的特性與規(guī)律，進(jìn)一步擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)范圍，充實(shí)了實(shí)驗(yàn)手段。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證變參數(shù)模擬

0.引言

隨著計(jì)算機(jī)的大容量化和高速度化以及計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，在室內(nèi)熱環(huán)境方面，特別是大空間建筑室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)中已逐漸普及采用CFD來解決室內(nèi)氣流組織、熱環(huán)境等問題的研究[1]，從而使室內(nèi)熱環(huán)境特性研究及其全面評(píng)價(jià)成為可能。

本文應(yīng)用軟件Airpak，利用第三類邊界條件對(duì)某實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，并通過實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證，進(jìn)而利用數(shù)值模擬對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境特性進(jìn)行分析。

1.環(huán)境實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介

如圖1所示，環(huán)境實(shí)驗(yàn)室內(nèi)尺寸為4.9m×3.5m×2.5m，墻體均采用保溫材料。氣流組織采用頂送下回，送風(fēng)口尺寸為16cm×69cm，距東墻中側(cè)設(shè)有一30cm×30cm的回風(fēng)口。室內(nèi)東西墻附近各有一個(gè)散熱器，圖1中Z向?yàn)楸毕颉?/p>

2.數(shù)值模擬計(jì)算與結(jié)果

2.1物理模型及數(shù)學(xué)模擬概況

模擬用物理模型如圖1所示，其墻體傳熱系數(shù)為0.383W/(K×m2)，墻外側(cè)溫度28℃。送風(fēng)速度為2.35m/s，送風(fēng)溫度17.8℃，靠近東、西墻處的散熱器散熱量分別為840W、2410W，且室內(nèi)日光燈關(guān)閉。

數(shù)值模擬用數(shù)學(xué)模型為K-ε紊流模型，利用第三類邊界條件對(duì)房間進(jìn)行熱環(huán)境模擬。對(duì)送、回風(fēng)口及回風(fēng)管處、散熱器等采用了網(wǎng)格加密的處理，總網(wǎng)格數(shù)18655個(gè)。

2.2數(shù)值模擬結(jié)果

2.2.1溫度場(chǎng)分布

如圖2（a）、（b）所示，沿著風(fēng)口自上而下，溫度逐漸變化。近風(fēng)口處等溫線密集，溫度分布存在明顯的擴(kuò)散現(xiàn)象。在圖2（a）中，由于右側(cè)存在一個(gè)散熱器，導(dǎo)致了兩邊溫度分布并不對(duì)稱。在圖2（b）中，水平方向溫度梯度明顯變小，存在衰減現(xiàn)象，回風(fēng)口處等溫線相對(duì)稀疏，房間居住域溫度變化相對(duì)緩慢。圖2（c）為南墻表面的溫度分布，從圖中可以看出，墻面自下而上溫度逐漸升高，離風(fēng)口較遠(yuǎn)處的溫度相對(duì)較高，等溫線較密集。圖中所標(biāo)數(shù)字單位均為℃。

2.2.2速度場(chǎng)的分布

圖3為室內(nèi)速度場(chǎng)模擬結(jié)果。模擬結(jié)果表明，射流斷面速度從射流中心開始逐漸向邊界衰減并沿射程有所變化，導(dǎo)致流量沿程增加，射流直徑略有增大。回風(fēng)口的氣流近似于流體力學(xué)中所述的匯流。離開匯點(diǎn)距離越大，流速衰減越大，呈二次方衰減[2]。從圖中可以看出，風(fēng)口下方速度較大，自上而下存在衰減現(xiàn)象。其余區(qū)域速度較小。圖3（a）中，氣流在左右兩側(cè)各形成一個(gè)較小的渦流。圖3（b）中，除送風(fēng)口與回風(fēng)口處速度較大，整個(gè)房間的速度較小，且分布比較均勻。

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1實(shí)驗(yàn)布點(diǎn)與測(cè)量方法

實(shí)驗(yàn)中共布置九個(gè)速度測(cè)點(diǎn)，在寬度方向上取中間截面布置七個(gè)點(diǎn)，兩個(gè)散熱器附近各布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。空氣速度采用萬向風(fēng)速儀，其輸出信號(hào)通過Fluke采集器進(jìn)行集中采集。布點(diǎn)位置如圖4（a）所示。

采用垂直方向上均勻布點(diǎn)的原則，實(shí)驗(yàn)中布置二十個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，采用帶防輻射屏蔽罩的T型熱電偶進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)采集通過Anjelun采集器集中采集，每分鐘采集一次，布點(diǎn)位置如圖4（b）所示。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬值的對(duì)比分析

表1、表2分別為圖4（a）、圖4（b）各測(cè)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)值。定義系列測(cè)定誤差為：

其中xs——實(shí)測(cè)值；

xm——模擬值；

n——測(cè)點(diǎn)總數(shù)。

計(jì)算σ時(shí)剔除最大偏差值。經(jīng)計(jì)算，速度系列誤差σv=0.15m/s，溫度系列誤差σt=1.66℃。速度誤差相對(duì)較大，這是由于在速度均勻區(qū)域測(cè)點(diǎn)較少，某些點(diǎn)實(shí)測(cè)值與模擬值相差較大造成的。溫度誤差相對(duì)較小。對(duì)比表中的各個(gè)數(shù)值，說明模擬熱環(huán)境與實(shí)際熱環(huán)境基本一致，數(shù)值模擬結(jié)果可靠。

表1速度模擬值與實(shí)測(cè)值比較測(cè)點(diǎn)序號(hào)123456789

實(shí)測(cè)值(m/s)2.131.731.690.110.170.090.70.181.16

模擬值(m/s)2.041.711.350.140.110.160.520.120.08

表2溫度的模擬值與實(shí)測(cè)值測(cè)點(diǎn)序號(hào)12345678910

實(shí)測(cè)值（℃）25.225.9925.2618.4920.220.8220.5724.3823.9423.75

模擬值（℃）22.9622.7622.4618.6919.5520.1120.1623.8623.4823.2

測(cè)點(diǎn)序號(hào)11121314151617181920

實(shí)測(cè)值（℃）23.7522.8924.322531.4225.1524.1223.0322.9623.35

模擬值（℃）22.8222.1424.6923.5522.6722.4522.3723.7423.226.91

4.室內(nèi)環(huán)境特性模擬

對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、室外空氣溫度、以及送風(fēng)溫度、速度等參數(shù)進(jìn)行了變參數(shù)模擬。選取在房間中間位置點(diǎn)10和靠近出風(fēng)口處點(diǎn)5作為觀察對(duì)象。（參看圖4（b））

4.1變送風(fēng)參數(shù)模擬結(jié)果

分別設(shè)置送風(fēng)溫度14、16、17.8、20、22℃，由圖5（a）可知，隨著送風(fēng)溫度的增加，點(diǎn)10，5的溫度都在增加，室內(nèi)溫度也隨之升高，點(diǎn)5溫度增加的趨勢(shì)要高于點(diǎn)10。

分別設(shè)置送風(fēng)速度1.8、2.1、2.35、2.7、3.0m/s，由圖5（b）可知，隨著送風(fēng)速度的增加，點(diǎn)5的速度增加趨勢(shì)略為明顯，這是與點(diǎn)5位于風(fēng)口附近，受送風(fēng)速度影響較大有關(guān)。點(diǎn)10的風(fēng)速變化并不明顯，速度較均勻。

4.2變熱工參數(shù)的模擬結(jié)果

分別設(shè)置墻體的傳熱系數(shù)為0.383、2.5、4.5、6.5、8.5W/(K×m2)，其他參數(shù)不變，由圖6可知，隨著傳熱系數(shù)的增加，室內(nèi)溫度略有升高。這是因?yàn)殡S著傳熱系數(shù)的增加，材料的保溫性能降低，比較容易受到室外參數(shù)的影響，點(diǎn)5影響較小。

5.3變室外溫度的模擬結(jié)果

分別設(shè)置送風(fēng)溫度20、24、28、32和36℃，由圖7可知，隨著室外溫度的升高，點(diǎn)10，5的溫度略有增加，室內(nèi)熱環(huán)境受室外溫度影響較小。

6.結(jié)論

采用Airpak軟件對(duì)某實(shí)驗(yàn)室熱環(huán)境數(shù)值模擬，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明基本吻合，模擬結(jié)果可靠。利用經(jīng)驗(yàn)證后的數(shù)值模擬體系進(jìn)行一些列變參數(shù)模擬結(jié)果表明，隨傳熱系數(shù)增加，室溫提高，當(dāng)傳熱系數(shù)增加到2.5W/(K×m2)以上后，室溫影響減弱，這是由于室內(nèi)熱源較大，墻體熱工參數(shù)影響相對(duì)減弱所致。此外室內(nèi)溫度受送風(fēng)參數(shù)影響較大。通過論文研究表明，借助一定的實(shí)驗(yàn)，利用數(shù)值模擬研究室內(nèi)熱環(huán)境是一種比較有效、可靠的研究方法，其研究成果可為空調(diào)設(shè)計(jì)提供參考和指導(dǎo)。

參考書目：

[1]黃晨等.大空間建筑室內(nèi)垂直溫度分布的研究.暖通空調(diào).1999,No.5.

[2]趙榮義等.空氣調(diào)節(jié).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.151-156.