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上海某博览馆空调系统球形送风口CFD模拟

更新时间:2009-03-28

引言

上海某博览会会展综合体是我国目前建成的单体建筑面积最大的建筑物。该博览会会展综合体建筑主体部分由A、B、C、D4个外形基本相同(从空中观看呈叶片状)的建筑物组成,是国家重点建设项目。该项目是亚洲最大的具有展览会馆功能类的建筑群体。对于高大空间,室内热环境受多种因素影响,室内非等温的室内气流受到浮升力和高大空间的双重作用,变得非常复杂,室内流畅和辐射场相互影响共同作用,形成了非常复杂的室内热环境,但是这种流场很难用实验来测量,因此数值模拟成为第一选择。数值模拟过程中需要将对流、辐射和导热进行耦合计算分析。

1 CFD模拟方法

CFD软件是专门用来进行流场分析、流场计算、流场预测的软件。通过商用CFD软件,可以计算分析并且显示发生在流场中的现象,在比较短的时间内,能预测性能,并通过改变各种参数,达到最佳设计效果,并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用[1]

运用CFD的方法来对流动问题进行模拟,关于流动的诸多方程就需求解如:连续性方程、动量方程等,如果有换热的情况存在则还需考虑能量方程,有些情况下应当单独求解与之相对应的方程,如遇到离散颗粒项和带有化学反应这2种情况时。因为在现实情况中湍流流动是最为常见的流动,因此使用湍流模型来封闭雷诺时均的Navier-Stocks方程[2]

查阅大量文献可知,对于高大空间模拟一般均采用RNG k-ε模型。该模型在工程应用上的准确性已经得到了大量的实验验证,精度可靠,且相对于大涡模拟等,计算量要小很多。

2 模型建立

本建筑采用计算流体力学软件Fluent模拟冬季上海某博览会会展综合体安装球形喷口时,人员活动区域的温度场和速度场分布,并对气流组织进行评价[3]

高速公路分离立交桥梁工程施工过程中,由于存在多种不确定的风险,对与这些风险的评判只用单一的一个分值来反映势必会有些片面.这些分析评价还会受评估者的经验能力、对风险的重视度等种种因素而不同,从而会使得不同的评价者会产生不同的风险评估结果.

2.1 模型建立

2.1.1 几何模型与网格划分

由于本项目的实际建筑空间巨大,而建筑模型有高度的对称性和周期性,故在模拟中对建筑模型作简化处理。为了准确有效地评价风口的实际送风效果,模型中选取52.7 m×3 m×23.5 m的建筑空间,在7 m和13 m高度侧面各布置一个风口,风口距A壁面距离为2.8m,距S侧面的距离为1.5m。依据风量平衡,以2.5m/s的回风风速为设计值,在A面距地0.5 m高度设置一个3 m×0.31 m的矩形回风口。本项目通过研究该模型送风口的气流分布状态以及人员活动区域(距地1.7 m平面)的风速和温度分布来评价风口的综合送风效果。几何模型如图1所示,详细模型几何参数信息如表1所示。

(1)各方程残差应当小于10-3的有动量方程、k-ε方程以及连续性方程,残差应当小于10-6的有能量方程与DO辐射方程;

  

图1 几何模型

 

表1 模型的几何参数信息

  

建筑尺寸(m)52.7×3×23.5送风口尺寸(mm)7m高喷口直径288 13m高喷口直径350回风口尺寸(m)3×0.31

运用SolidWorks软件进行建筑空间的建模并完成相关的几何模型,使用软件ICEM来划分网格。使用分区划分的方法来划分网格,而且全都采取结构化网格,最后对像送风口和回风口等建筑中细小的结构在划分网格时进行加密。网格的最终数量大致在131万左右,如图2所示。

2.1.2 边界条件

客气里包括尊重和赞赏,不会毫无顾忌,不会随心任性。心理学上有一条最重要的理论是“人的心理深处最渴望得到别人的尊重和赞赏”。我们在和陌生人交往中会出于礼貌,对他们会非常客气,别人也会投之以桃、报之以李,这样关系就会很融洽。

入口边界:入口类型设为速度入口,送风温度为21℃,7 m高处喷口风速为11.73 m/s,13 m高处喷口风速为15.89 m/s。

  

图2 网格划分模型

出口边界:出口类型设为压力自由出口。

壁面边界:根据设计院提供资料,A侧面以及屋顶、地面设为常热流边界,其热流密度分别为A向:-22 W/m2,屋顶:-7.5 W/m2,地面:-13.5 W/m2。S侧面设为对称面边界。

为了实现林业的发展和营造林质量提升,应该结合市场的需求进行优化林的调整。在开发原料林的基础上进行速生丰产林和经济林的建设。同时还应该将林木的种植和林木的深加工结合起来,不断实现林业的附加值。

2.1.3 模型设置

在考虑重力影响的同时采用k-ε模型为湍流模型,DO辐射模型为辐射模型,使用SIMPLE算法来解决压力与速度耦合的问题[4]

(2)观察面达到稳定并不再随着时间的变化而变化,其中两个重要的指标为温度场和流场分布;

(3)能量和质量达到守恒。

采用SPSS22.0(IBM公司,美国)统计软件进行数据录入及统计学分析,术中手术时间、出血量、骨折愈合时间等计量资料以(均数±标准差)表示,采用t检验;治疗优良率等计数资料以(n,%)表示,采用χ2检验,以P<0.05表示差异具有统计学意义。

可控式二元八木天线阵结合了定向性八木天线和全向性八木天线的优势,在各个方面都将天线的作用提升了很大的高度。它通过一个电控装置将天线阵实现在角度和速度实时转换,改善不同情况下接收信号不良的状况,并且可控式八木天线阵可以对波数进行调控,从而改变天线的覆盖范围区域,以及对船舶实施有效的监控。通过动态调控天线性能,可以实现船舶跟踪,避免时隙冲突,增加通信距离。可控式二元八木天线阵可在海事局VTS的VHF基站、国内甚至全球推广,并且不仅局限于VHF岸站,在船上也可得到应用。

模型的收敛判据为:

3 结果分析

经过2601次的迭代计算,达到收敛条件。

2.过度进行商品包装是对社会资源的浪费,一些不可分解的材料影响了整个环境。这明显不符合生态经济的环保要求,过度的包装物浪费了各种资源,甚至成为一种垃圾。从社会资源应用的角度看,商品过度包装是一种绝对意义上的浪费行为。

3.1 人员活动区域风速及温度分布

选取人员活动区域(距地面高度1.7 m的平面)为剖面,分析该平面的风速及温度分布情况。

  

图3 距地1.7 m剖面的风速分布

从图3看出,在距地1.7 m平面内,在展位布置区域风速变化范围是0.012~1.740 m/s,其平均风速为0.305 m/s。在离风口水平距离9 m处风速最大,为1.740 m/s,然后风速随着与风口距离的增加而递减。

从图4可知,该区域内空气温度变化范围是19.85~18.54℃,温度分布均匀。该区域内的平均温度19.58℃。

(1)为分析单个风口的送风性能,先选取单个风口下距地面1.7 m、分别以离风口中心9 m和20 m的垂线为中心、长宽分别为3、3 m的正方形为剖面,得到两平面的风速及温度分布如图5、图6所示。

  

图4 距地1.7 m剖面的温度分布

由图中可以看出,靠近A面和S面的空气温度稍低,约为19.84℃,在中间区域温度稍高,约为19.50℃。

3.2 单个风口下方人员活动区域的风速及温度分布

小学低年级的学生对于识字学习,是他们的难点也是重点。因为刚上小学的学生还处于孩童阶段,他们好动顽皮,常会注意力不集中,但是有着强烈的好奇心。识字学习中可能认得快也容易忘记。因此低年级学生的识字教学十分重要。

从图5中可知,7 m高处喷口在距地1.7 m平面上的射程为8.6 m,射流轨迹中心速度为1.747 m/s。13 m高处喷口在距地1.7 m平面上的射程为19.9 m,由于两股射流有重叠,射流轨迹中心速度较周围速度略低,该方形截面上的最大速度为0.747 m/s。

从图6中可知,7 m和13 m高处喷口在1.7 m平面上的射流轨迹中心温度分别为19.87、19.85℃,温度随着与喷口的距离增大而减小,但递减幅度非常小。

(2)采用经验公式对单个圆形喷口下送风方式末端气流的中心风速进行理论计算。

  

图5 距地1.7 m高风速分布

  

图6 距地1.7m高温度分布

经多股平行非等温射流计算经验公式计算,7 m高和13 m高的单个圆形喷口侧送风,距地1.7 m射程分别为9.18、19.57 m,射流中心风速为2.72、2.164 m/s,比模拟计算的结果1.74、0.75 m/s稍高。

3.3 送风口的纵切面的风速及温度分布

选取模型中间2个送风口的纵切面,观察分析送风口的风速(见图7)及温度分布(见图8)。

油菜黑胫病的病原、病害循环及其传播危害……………………………………………… 宋培玲,吴 晶,史志丹,郝丽芬,皇甫海燕,燕孟娇,皇甫九茹,贾晓清,李子钦(88)

  

图7 送风口的纵切面风速分布

  

图8 送风口的纵切面温度分布

由图7可知送风口对建筑内风速和气流组织的影响。送风口对靠近风口的30 m区域的气流组织影响较大。风速沿射流轨迹减小,气流影响向周围扩散。两股射流有部分区域叠加,由于7 m高喷口送风气流到达地面反弹与13 m高喷口送风气流相遇使得该区域中心风速较周围略低。

由图8可知,在风口斜上方,温度呈螺旋状出现温度分层现象,但温差较小,温度分布较均匀。

4 结论

在建筑空间为52.7 m×3 m×23.5 m的展厅内布置2个送风喷口,喷口送风角度与水平面成30°夹角,冬季工况下,在人员活动区域(距地1.7 m高的平面)平均风速为0.305 m/s,平均温度为19.58℃,空调规范规定:舒适性空调冬季室内风速不应大于0.2 m/s,室内空气温度一般选取:冬季为18~24℃,高大空间建筑,通常属于一般舒适性空调,其空调精度可≥±1℃,0.1 m/s。由此可知,该建筑的设计满足规范要求,CFD模拟在用于高大建筑设计有着广阔的空间,也值得进一步研究。

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参考文献

[1]江亿.“计算机模拟辅助设计优化”国际学术研讨会资料集[C].北京:第二届“清华大学建筑节能学术周”,2006:03.

[2]吴学慧.体育馆类高大空间建筑置换通风系统的数值模拟及分析[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2005.

[3]张镜清,雷波,李琼.球形喷口送风射流的数值模拟探讨[J].制冷与空调,2005(Z1):219-222.

[4]谢磊实.高大空间建筑置换通风的气流组织及数值模拟[D].天津:河北工业大学,2012.

[5]GB 50189—2015,公共建筑节能设计标准[S].

[6]Nielsen P V.Description of supply openings in numerical modelsforroomairdistribution[J].ASHRAE Trans,1992:963-971.

[7]GB 50019—2003,采暖通风与空气调节设计规范[S].

 
沈晟炜,陈诚
《节能》 2018年第04期
《节能》2018年第04期文献

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