1、第三類邊界條件數(shù)值模擬室內(nèi)熱環(huán)境及其實驗驗證         06-01-14 10:35:00     作者：賈玉鳳 鄒志軍 黃晨    編輯：凌月仙仙賈玉鳳 鄒志軍 黃晨 羅行 李俊紅摘要： 本文應用數(shù)值模擬軟件，利用第三類邊界條件對某實驗房的室內(nèi)熱環(huán)境進行數(shù)值模擬，并通過實驗進行驗證。驗證結(jié)果表明模擬值與實際測量值基本吻合。在數(shù)值模擬驗證的基礎(chǔ)上，論文通過設置不同圍護結(jié)構(gòu)熱工特性、室外空氣溫度、以及送風參數(shù)的模擬，得到了相應室內(nèi)熱

2、環(huán)境隨圍護結(jié)構(gòu)熱工特性、室外溫度、送風參數(shù)變化的特性與規(guī)律，進一步擴大了實驗范圍，充實了實驗手段。 關(guān)鍵詞： 數(shù)值模擬 實驗驗證 變參數(shù)模擬  0.引言隨著計算機的大容量化和高速度化以及計算流體力學的發(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)境設計中已逐漸普及采用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價成為可能。本文應用軟件Airpak，利用第三類邊界條件對某實驗室室內(nèi)熱環(huán)境進行數(shù)值模擬，并通過實驗予以驗證，進而利用數(shù)值模擬對室內(nèi)熱環(huán)境特性進行分析。1.環(huán)境實驗室簡介如圖1所示，環(huán)境實驗室內(nèi)尺寸為4.9m×3.5m×

3、;2.5m，墻體均采用保溫材料。氣流組織采用頂送下回，送風口尺寸為16cm×69cm，距東墻中側(cè)設有一30cm×30cm的回風口。室內(nèi)東西墻附近各有一個散熱器，圖1中Z向為北向。2.數(shù)值模擬計算與結(jié)果2.1 物理模型及數(shù)學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。送風速度為2.35m/s，送風溫度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)學模型為K-紊流模型，利用第三類邊界條件對房間進行熱環(huán)境模擬。對送、回風口及回風管處、散熱器等采用了網(wǎng)格加密的處理，總網(wǎng)格數(shù)

4、18655個。2.2 數(shù)值模擬結(jié)果2.2.1 溫度場分布如圖2（a）、（b）所示，沿著風口自上而下，溫度逐漸變化。近風口處等溫線密集，溫度分布存在明顯的擴散現(xiàn)象。在圖2（a）中，由于右側(cè)存在一個散熱器，導致了兩邊溫度分布并不對稱。在圖2（b）中，水平方向溫度梯度明顯變小，存在衰減現(xiàn)象，回風口處等溫線相對稀疏，房間居住域溫度變化相對緩慢。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，離風口較遠處的溫度相對較高，等溫線較密集。圖中所標數(shù)字單位均為。2.2.2 速度場的分布圖3為室內(nèi)速度場模擬結(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，導致流量沿程增加，射流直徑略有增大?；仫L口的氣流近似于流體力學中所述的匯流。離開匯點距離越大，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)各形成一個較小的渦流。圖3（b）中，除送風口與回風口處速度較大，整個房間的速度較小，且分布比較均勻。3.實驗驗證3.1 實驗布點與測量方法實驗中共布置九個速度測點，在寬度方向上取中間截面布置七個點，兩個散熱器附近各布置一個測點?？諝馑俣炔捎萌f向風速儀，其輸出信號通過Fluke采集器進行集中采集。布點位置如圖4（a）所示。采用垂直方向上均勻布點的