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不同因素对某变风量空调房间室内气流影响的研究1 郁伟，张小兵 南京理工大学动力工程学院，南京 (210094) E-mail ：yuwei_nanjing@ 摘 要：本文以一变风量空调房间的气流组织作为研究对象，利用数值模拟软件对室内气流 组织进行了数值模拟的研究。对不同送风条件送风的变风量空调房间内的气流组织进行了模 拟，分析了各种主要因素对室内气流的影响。同时，通过自己编的程序与数值模拟软件的耦 合，对室外太阳辐射等环境对室内气流组织的动态影响进行同步模拟，并分析其动态响应过 程。最后，使用CFD 软件对空调房间的噪声进行模拟和仿真，并分析各种因素对湍流噪声 的影响。本文采用的方法和得出的结论对于暖通空调领域是研究、使用和管理都有指导意义。 关键词：气流组织，数值模拟，自定义函数，湍流噪声 1. 引言 变风量空调(Variable Air Volume System)作为变流量技术之一，上世纪60 年代诞生在美 国。它的基本原理很简单，就是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷。由于空调 系统大部分时间在部分负荷下运行，所以风量的减少带来了风机能耗的降低。 于暖通空调领域来说，舒适和节能成为当今建筑、设备设计的基本课题。保护环境，利 用自然资源，削减能源负荷，最大的满足人员的舒适要求成为今后建筑设计的方向。面临着 越来越高的空调要求，如何应用新的技术手段、提高设计、施工的水平，是暖通空调专业人 士面临的一个重要课题。传统地研究空调气流组织的方法是采用实物模型的方法，这样的方 法投资大，研究周期长，只能评价测点处的部分气流性能。本文采用数值模拟的研究方法不 仅投资小，而且可以全面、详细地评价室内各处的气流组织。 2. 空调房间内气流的数值模拟及其分析 2.1 空调房间数值模拟的物理模型 本文以某地区一个办公空调房间的夏季空调工况。根据该地区的地理位置，查阅有关 [19] 资料， 可得到数据：夏季空调室外平均温度31℃，最高气温35.6℃。暖通空调规范规定了 夏季送风温差的建议值，该值和恒温精度有关。根据选取的研究对象的室内允许被动范围， 送风温差在10℃以内。我们取送风温差为8℃，室内的设计湿度为50%，送风温度为18℃。 经计算，总冷负荷约为1550W，所需的总风量为0.165m3/s 。 以一个长、宽、高分别为3.9m、3.2m、3.0m的办公空调房间为模拟对象。房间的布局 详见图1。送风口采用实际外形面积为400mm×400mm 的方型散流器，它的有效面积为0.55， 散流器中心与顶板的中心重合。对于这种具有复杂形状的方型散流器，传统的做法是将其 简化为一个简单开口，这样做只能保证入流速度和入流动量之一和实际的情况一致，往往 带来较大的误差[9] 。为了保证出流的流向也尽可能与实际接近，将方型散流器分为具有九个 不同出流方向的简单开口，即N=9 的动量模型，见图2 。出流方向与顶板成45º角。风量按各 个方孔面积占实际面积的比例来分配。 1本课题得到教育部优秀人才支持计划资助（NCET040509 ）和高校博士学科点基金（20060288019 ）的资助。 -1- 1）进风口 2 ）回风口 3 ）桌子2 4 ）电脑2 5 ）人员2 6 ）加热器 7 ）人员1 8）电脑1 9）桌子1 10）灯具 图2 方型散流器及其9动量模型 图1 空调房间布局 2.2 空调房间内气流组织的影响因素分析 影响室内气流组织最主要的两个因素是速度场和温度场的分布。下面本文主要从这两个 方面分析各种因素对空调房间气流组织性能的影响。 2.2.1 风量的变化对室内气流组织的影响 变风量空调系统全年大部分时间运行在部分负荷工况下，也就是说，变风量系统的风机、 风道以及末端大部分时间都处在最大风量和最小风量两种极限状态之间。空调房间的最大设 计风量按照上述方法很容易确定，确定最小风量相对要困难一些，除了要考虑房间负