標(biāo)準(zhǔn)辦公室熱環(huán)境的數(shù)值模擬

《標(biāo)準(zhǔn)辦公室熱環(huán)境的數(shù)值模擬》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、標(biāo)準(zhǔn)辦公室熱環(huán)境的數(shù)值模擬李曉飛第一作者簡(jiǎn)介：李曉飛，男，漢族，助理工程師。第二作者簡(jiǎn)介：程海峰，男，漢族，教授級(jí)高級(jí)工程師，程海峰（安徽省建工學(xué)院建筑設(shè)計(jì)研究院安徽合肥郵編230022）摘要：辦公室是目前工作人員停留時(shí)間較長(zhǎng)的場(chǎng)所，文章采用CFD技術(shù)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)辦公室在不同氣流組織與空調(diào)工況下的熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬,以便為提高辦公室的熱舒適性設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：辦公室；CFD；數(shù)值模擬NumericalSimulationofthermalenvironmentonstandardofficeLiXiaofei,ChengHaifengAnhuiarchitectureandde

2、signinstituteofAnhuiuniversityofarchitectureandindustryAbstract:Officeasaplaceformissionarystaying,inordertosupplysomereferencesinimprovingthermalcomfortofofficeplace,simulatedthestandardofficeunderdifferentairflowandairconditioningcircumstancesbyusingCFDtechnology.keyword:Office;CFD;Numerical

3、simulation0前言隨著辦公建筑的大量興建和人們對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)要求的提高，辦公室室內(nèi)空氣的熱舒適性變的更加重要。作為工作人員長(zhǎng)期停留的公共場(chǎng)所，從暖通空調(diào)專業(yè)來說，應(yīng)保持健康舒適的室內(nèi)熱環(huán)境。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，空調(diào)領(lǐng)域中利用CFD技術(shù)來模擬氣流組織，熱舒適性以及優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用越來越廣泛。本文采用CFD方法，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)辦公室不同氣流組織和冬夏季空調(diào)工況進(jìn)行了數(shù)值模擬，為以后辦公建筑的空調(diào)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。1數(shù)學(xué)模型1.1室內(nèi)零方程模型除了遵循三大守恒定律以外，本文的數(shù)學(xué)模型采用室內(nèi)零方程喘流模型（indoorzeroequation）。室內(nèi)零方程模型是在室內(nèi)空氣自然對(duì)流和混

4、合對(duì)流的直接數(shù)值模擬DNS(directlynumericalsimulation)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的湍流模型[1]，該模型針對(duì)房間內(nèi)非等溫流Rayleigh數(shù)范圍（2.6～3.0×1010），認(rèn)為渦粘系數(shù)正比于流體密度、當(dāng)?shù)厮俣群途啾诿孀罱嚯x，比例系數(shù)由直接數(shù)值模擬的結(jié)果擬合而得(1)其中：為室內(nèi)空氣密度；為當(dāng)?shù)仄骄俣龋籰為長(zhǎng)度標(biāo)尺(取離壁面最近的距離)，0.03784為經(jīng)驗(yàn)值。該模型少求解2個(gè)微分方程，而僅求解關(guān)于質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒的5個(gè)微分方程，故計(jì)算最省時(shí)間。1.2Boussinesq密度假設(shè)浮升力模型采用非線性Boussinesq假設(shè)[2]：(2)2幾何模型及邊界

5、條件2.1模擬對(duì)象及網(wǎng)格劃分模擬對(duì)象為某標(biāo)準(zhǔn)辦公室，辦公室尺寸長(zhǎng)、寬、高分別為5m、4m、3m，模擬條件為室內(nèi)四個(gè)工作人員，坐姿模式，高度為1.1m；四臺(tái)電腦，三盞燈具，送風(fēng)口尺寸為0.8m×0.2m，回風(fēng)口尺寸為0.9m×0.3m，南外墻上有外窗。具體幾何模型見圖1所示，模型網(wǎng)格劃分采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在各個(gè)熱源以及送、回風(fēng)口處局部加密，見圖2所示。圖1模擬幾何模型圖2網(wǎng)格劃分2.2邊界條件的簡(jiǎn)化為方便計(jì)算，作如下簡(jiǎn)化和假設(shè)[3]：(1)室內(nèi)空氣流速低，可視為不可壓縮流體且符合Boussinesq密度假設(shè)；(2)四面外墻僅南外有溫差傳熱，設(shè)定為第一類熱邊界條件；南外窗同設(shè)為第一

6、類邊界條件，給定溫度值，其余維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)為絕熱；(3)人體、電腦和燈具采用第二類熱邊界條件，給定熱通量，人員在辦公環(huán)境下屬于極輕活動(dòng)，全熱散熱量取134W[4]，燈具取45W/臺(tái)，電腦150W/臺(tái)；(4)不考慮門空氣滲透的影響；(5)考慮重力因素的影響，沿Z向設(shè)定重力加速度的大小和方向[5]。3模擬結(jié)果與分析3.1夏季工況模擬結(jié)果1.假定室外氣溫為36℃，氣流組織為側(cè)送側(cè)回，送風(fēng)口風(fēng)速2.0m/s，送風(fēng)溫度為15℃（夏季工況1），取過房間中心線Y=2m和人體腳踝以及站姿Z=0.1m（腳踝面）、Z=1.7m（站姿面）剖面來分析，模擬結(jié)果見圖3所示，根據(jù)圖3分析可知：（1）由圖3可以看出

7、：整個(gè)流場(chǎng)屬于典型的側(cè)送風(fēng)貼附式射流，空氣由送風(fēng)口送出，起始端風(fēng)速較大，沿射流方向下沉并且溫度和速度緩慢衰減，在送風(fēng)達(dá)到南外墻時(shí)折回經(jīng)回風(fēng)口排出，流場(chǎng)上部為紊流區(qū)，下部為單向流動(dòng)區(qū)。熱源附近區(qū)域溫度明顯要高且對(duì)室內(nèi)流場(chǎng)有顯著的擾動(dòng)作用，房間中心過道由于擾動(dòng)較小，溫度和速度均低于房間其他區(qū)域；室內(nèi)存在溫度梯度但分層現(xiàn)象不明顯，總體來說，離送風(fēng)口和回風(fēng)口區(qū)域溫度較低，外墻和外窗對(duì)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)有明顯的“排斥”作用。（2）在假定的送風(fēng)條件下，溫度場(chǎng)在房間內(nèi)變化較大，在整個(gè)人