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室内气流模拟方法比较及一种新的模拟方法研究 湖南大学 张国强邹嫒 加拿大Concordia大学Lin,Y Haghighat,E 摘要本文比较了室内气流分布模拟的常用方法及其优映点，指出Zonal模型方法是一种有前 途的方法。研究了一种新的基于区域基准压力差概念的Zonal模型方法。通过对多种通风条 件的模拟表明．该方法应用简单．节省计算机机时．可望在实践中推广使用。 关键词室内气流分布数值模拟20nal模型(CFD模型基准压另j7。 一、前言 室内气流分布是保证室内空气质量和人体健康豹重要方面。良好的气流分布可以及时引 八对人体健康有乖j的新鲜空气．排除对人体有害的污染空气。预测和评价室内气流分布的方 法有两种：实验研究方法和数值模拟方法。实验研究方法可以提供高质量的实验数据．但昂 究难以对各种参数变化的敏感|生进行分折。所以，采用数值模拟方法来预测和评价室内气流 分布成为一种誊用的方法。 与实验研究相比，数值模拟方法具有以下特点：1)通过网格的划分，可以获得丰富的信 息：2)可以方便地模拟各种可能的物理环境：3)容易对参数变化进行敏感性分析。显然． 与实验研究相比．数值模拟在投资和时间上均会有大幅度的降低。 二、数值模拟的常用方法 Fluid Dynamics)模 常用的数值模拟模型有两种：Multizone模型和CFD(Computational 型。 1、Multizone模型 Maltizone模型是一种简化模型。该模型假设建筑内各房间分别为一个区域，房间之间和 房间与外部的通道作为个房间之间的联系，各区域内假设均匀，即具有相同的压力、温度和 污染物浓度。区域之间的质交换用压力和质量平衡方程来表示。求解方程组，可以得出各区 域内的质量流量、压力和污染物浓度。温度被作为己知参数用于计算两个区域之间的质量流 量。 Multizone模型容易掌握．计算量小，适应于计算建筑物内由于风、温差、空调系统造成 的总体流动预测．已经国际上已有较多的研究，国际能源组织的Annex23就是专门对该方法 进行研究的专题。但该模型不能模拟室内各处的气流分布。 2、CFD模型 CFD模型用于模拟计算室内气流温度和污染物浓度分布。近年来，该方法在室内气流研 究领域被广泛接受。 质量、动量、能量、紊流度和污染物浓度平衡方程。求解方程组可以得到各网格的压力、气 流速度、温度和污染物浓度。研究结果表明，对于实验房间采用不同的通风系统，CFD模型 预测结果与实验接果吻台良好(Niclsen，1989)。 841 目前，己有许多研究人员对CFD方法进行了深入研究。但该方法在走向实用的过程中遇 到了较大的障碍，其主要问题如下：1)完成计算需要的设备性能高，一般只有工作站才能在 容易接受的时间内获得实用的结果；2)完成对边界条件等的定义相当困难，即使最优秀的商 业软件．也需要半年时间才能较为熟练地使用，对于非专业人员几乎不可接受：3)商业软件 价格极其昂贵，而且使用者每隔一段时间还要缴纳使用费；4)软件难以嵌入建筑热环境模拟 and andAUard，1995)。 软件中(Chen Jiang，1992，Rodriguez 也有研究人员试图将Mulfizone模型和CFD模型耦合在～起，但没有得到令人满意结果 (Nielson，1989)。 三、Zanal模型 以上两种常用的模型在精度和简单性方面正好处于两个极端。所以在实际应用中均存在 较大的问题。Zonal模型正是这两种模型的折衷：用相对简化的模型，得到可以接受的精度。 1、Zonal模型的发展历史 Zonal模型于1970年被正式提出，自此以后，研究人员就各种特殊的房间结构和气流形 etal， 1993，hardetal,1996)。由于无