065通风空调百叶风口阻力特性与几何结构的关系正文.docVIP

通风空调百叶风口阻力特性与几何结构的关系 西安建筑科技大学 李丹 李安桂 摘要 由于百叶风口结构简单、安装方便等特点在通风空调工程中得到了广泛使用。但是，工程实践中发现：百叶倾斜角度，百叶宽度、厚度，百叶垂直间距甚至百叶本身的结构等对通风效果、压力损失、阻力系数甚至噪声效果有重要的影响。本文基于理论分析，以数值研究方法对单侧百叶风口的阻力系数与几何结构的关系进行了探讨。数值模拟采用FLUENT 6.0软件，计算结果用Excel进行后处理。研究分析了百叶倾斜角度，百叶挡板宽度，百叶挡板垂直间距及百叶挡板厚度对风口阻力系数的影响。 关键词 百叶风口 数值模拟 局部阻力系数 Numerical Simulation of Shutter’s Resistance Character Used in Air-conditioning and Ventilation By Li Dan Li Angui Abstract Based on the theoretical analyses, describe local resistance coefficient of the outlets through numerical simulation. Use the software of FLUENT 6.0 for numerical simulation and use Excel for processing the results. Analyze the different results of resistance coefficient brought by changing the obliquity of the boards, the width of the boards (b), the ration of width and upright distance between two boards (b/h) and the thickness (d) of boards. Keywords shutter, numerical simulation, local resistance coefficient 1 引言 侧送风方式具有布置简单，施工方便，能满足房间对射流扩散、速度衰减的要求，因而被广泛用于空调房间送风。在侧送风方式中，百叶风口由于结构简单而被普遍应用，尤其是在自然通风中，百叶风口更为常见。百叶风口的应用已有悠久的历史，但由于其结构的可变化范围很大，实际上，工程经验表明人们至今对其和气流组织的关系尚未有清楚的认识。鉴于此，本研究对单侧百叶风口的性能进行数值模拟，以便更深入地了解这一传统的风口动力特性，从而在建筑空调的使用中更好地发挥其性能优势。 2 百叶风口的数值模拟模型的建立 衡量风口性能优劣主要依据是在风压转换系数K值相同的条件下，局部阻力系数小者为优，大者为劣[1]，在百叶风口中，决定局部阻力系数的因素主要有百叶挡板倾斜角度、百叶挡板宽度b、百叶挡板宽度与百叶挡板垂直间距的比值b/h及百叶挡板厚度d[1]，因此，本研究从这几方面入手，进行数值模拟。 关于风口模型的建立，采用了以下几点假定[4] [5] [6] [7]： 风口内空气流动为不可压缩气体紊流流动； 由于本研究只关心百叶间的空气流动状况，且百叶风口在宽度方向（X方向）对称，因此将其简化为只具有厚度（Z方向）和高度（Y方向）的两维模型（即认为X方向无穷大），相当于用一个矩形截面来截此型体，从而大大减少了计算量，百叶风口的模型见图1； 工程中使用标准的k-ε方程已有足够的精度，本文以稳态标准k-ε方程来描述百叶风口内的空气流动； 由于百叶风口相比其他建筑空间较小，如果直接以百叶风口的进出口侧为进出口边界，可能由于气流的未充分发展而使计算产生较大的误差，故本文通过对多个模型的模拟计算，找出了两个假定的边界，距百叶的进口侧1000㎜，距出口侧1500㎜，在这两条边界处阻力系数的计算已基本不受所设边界距离的影响； 数值计算选用控制容积法对控制方程的微分形式进行离散，并采用压力校正的SIMPLEC算法；对动量方程，紊流脉动动能方程（K方程）及紊流动能耗散率方程（ε方程）采用QUICK算法，对墙壁及百叶挡板均采用标准壁面函数法及无滑移壁面条件； 百叶挡板的倾斜角度变化范围为0°～60°，百叶挡板宽度b的变化范围为10㎜～100㎜、百叶挡板宽度与百叶挡板垂直间距的比值b/h的变化范围为0.4～3.0，百叶挡板厚度d的变化范围为0.6㎜～2.1㎜； 3 数值模拟结果及分析 阻力系数修正值α的确定 本文模拟了当百叶入口侧风速从0.5m/s变化到10m/s过程中的流动情况，计算了每种情况下流体流经风口时的风速v，根