散热器采暖室内温度场和速度场的数值模拟.docVIP

散热器采暖室内温度场和速度场的数值模拟 朱宝仁1 岳晓敏2 1山西省建筑设计研究院 2山西省建筑科学研究院 摘 要：选取某住宅北向房间作为研究对象，建立了物理模型并对其适当简化，对散热器采暖房间温度场和速度场进行模拟分析，为室内温度场、速度场的研究提供了理论基础。 关键词：散热器 采暖 数值模拟 Numerical Simulation of Indoor Temperature and Velocity Distribution in Radiator Heating Room ZHU Bao-ren1, YUE Xiao-min2 1 Shanxi Architectural Design Research Institute 2 Shanxi Institute of Architectural Science and Research Abstract: Introduce the basic theory of numerical simulation of air flow, choose the north room of a residential building as study object, set the physical model and make appropriate simplify, make simulation of temperature and velocity distribution in heating room with radiator, give the foundation of theory in indoor temperature and velocity distribution. Keyword: radiator, heating, numerical simulation 收稿日期：2010-12-28 作者简介：朱宝仁（1965~），本科，高工；山西省太原市府东街5号山西省建筑设计研究院（030013）；0351-3285370；E-mail:  HYPERLINK mailto:zbaoren65@163.com zbaoren65@163.com 1 研究模型 1.1 流体动力学控制方程 粘性流体遵循质量、动量、能量三大守恒定律，通过粘性流体动力学基本方程组建立对其的数学描写。控制方程的通用形式[1]表述如下： （1） 式中：为通用变量，代表ui和温度T等求解变量；为广义扩散系数；S为广义源项，见表1。 表1 各特定方程与三个符号的对应关系 方程符号S连续方程100动量方程Μ能量方程T 1.2 控制方程的离散 本文采用有限容积法对控制方程进行离散。为了提高计算结果的精度，选择二阶迎风格式。 1.3 Boussinesq密度假定 Boussinesq密度假定常用于处理由于温差引起的浮升力项，作为简化流体流动现象的一种措施，在对封闭腔内自然对流换热进行数值计算时常采用此法。这个假设认为：除密度外流体的其他物性不变，流体密度的变化并不显著的改变流体的性质，忽略不计密度的变化对压力差项、惯性力项和粘性力项的影响；对密度除考虑动量方程中与质量力有关的项外其余各项中均作为常数。实施方法是：只对流体的动量方程中的重力项（浮升力项）采用Boussinesq密度假设来计算密度值变化，而其余所有方程中的密度值均取流体区域的平均密度值。根据该假设，则重力项中的密度可以表示成为： （2） 式中：为参考温度；为与对应的流体密度；是流体的热膨胀系数（体积膨胀系数）。 考虑质量力时，流体的运动方程为： （3） 当考虑密度的变化是由温度的变化引起的，并且质量力仅是重力的情况时，热膨胀系数定义为： （4） 该模型仅适用于流体区域内温度差比较小的情况，即1。对于符合理想气体性质的气体，，此时Boussinesq假设的适用条件则变为T。 在散热器采暖房间中，气流与室内热源由于温度差异而引起的自然对流是室内的主导气流，本文研究的室内温差小于20℃，满足Boussinesq假设。因此，对房间高度方向上的动量方程求解时采用Boussinesq密度假设考虑浮升力的影响。 2 数学模型的选取 当室内无通风时，对于采暖房间，室内的主导气流是由于温度差异而引起的自然对流。假设气流为定常流动，对室内气流的三维不可压缩流动采用稳态条件下的湍流模型进行数值模拟。本文采用标准模型来模拟采暖房间内的湍流流动，引入Boussinesq