CFD在某游泳馆通风空调设计中的应用.doc

题目: CFD在某游泳馆通风空调 设计中的应用 姓名与学号: 指导教师 : 年级与专业 : 所在学院 : 机械工程学院 CFD在某游泳馆通风空调设计中的应用 计算流体力学（简称CFD）是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础上的一门新型独立学科，通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描绘流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。它兼有理论性和实践性的双重特点，建立了许多理论和方法，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的计算技术。 CFD软件的应用已成为解决各种流体流动与传热问题强有力工具，成功应用于水利、航运、环境、食品流体机械与流体工程等各种技术科学领域。 在杭州某游泳馆通风空调设计中，为了考察围护结构内表面的结露情况，利用简化的模型进行了CFD数值模拟。本文介绍了这次数值模拟过程，并根据模拟结果分析比较了设计相对湿度不同的两个方案，模拟结果显示，设计相对湿度较小的方案比较经济。 引言 游泳馆的通风空调设计需要满足运动员和观众的热舒适性要求，尽量避免围护结构的内表面结露，同时又必须综合考虑初投资和运营成本。这就要求暖通工程师从热工性能角度出发选择维护结构的材料，确定合适的游泳馆室内设计参数，选择风口型式、风口分布和送风参数，并就数个暖通设计方案进行优化。暖通设计方案的优化首先需要对各个设计方案的效果，即室内环境参数分布进行预测评价。一般来说，目前能够较为准确预测评价暖通设计效果的手段有两个：模拟实验和CFD即计算流体动力学数值模拟。 1、工程概况 该游泳馆的围护结构以彩钢板和玻璃为主。游泳馆室内面积约为3000 m2，体积约为31000 m3。水池面积为1350 m2，包括一个标准游泳池和一个浅水池。冬季采用热风采暖与地板采暖相结合的空调方式。 2、CFD数值模拟 2.1 概述 CFD数值模拟的基本原理就是对流体流动的控制方程进行数值解析，得出流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。CFD数值模拟通常包含以下几个主要环节：建???数学物理模型、数值算法求解、结果可视化。模拟实验和CFD数值模拟相比较，前者所需的人力物力和时间要远高于后者、难于在工程设计中广泛采用，尤其对于游泳馆等高大空间建筑的模型试验更是如此。此外，CFD数值模拟还具有数据完整，结果直观，考察范围广，可按原型大小模拟，无实际实验误差等优点。尽管人们一般认为CFD数值模拟的可靠性不如模型试验高，对某些实际复杂问题存在可算性问题，但是随着计算机性能的提高，CFD商业软件的日趋成熟，这些问题已经逐步得到解决。例如，许多实例已经证实采用CFD求解高大空间垂直温度分布与实测得到的结果比较吻合[1]。另外，如果能把CFD模拟和局部模型实验结合起来，相互补充，那么还将进一步保证CFD数值模拟的可靠性同时也讲大大降低模型试验费用和周期。正因为CFD数值模拟具有上述优点，所以它在工程上得到了广泛应用。在暖通空调领域主要应用于通风空调空间气流组织设计，建筑外环境分析设计，建筑设备性能的研究改进等方面。 CFD商业软件使设计者基本上不需要进行繁重的编程工作，因此大大缩短了模拟的周期，降低了模拟难度。尽管如此，人们在使用这些软件的过程中，通常仍要面临一个问题，那就是如何针对工程特点合理简化构建模型，在有限的时间内得到可靠的模拟结果。 2.2 设计气象条件 由于模拟的目的在于考察围护结构内表面的结露情况，所以将气象条件设定为寒冷的冬季晴朗夜晚。室外空气温度采用冬季空气调节室外计算温度：-4℃。室外计算相对湿度采用最冷月平均相对湿度：77%。室外风速采用冬季平均风速：2.3m/s。室外大气压采用冬季大气压：102090 Pa。 2.3 建立几何模型及生成网络 因为该游泳馆的几何条件和空调采暖方式具有南北对称性，因此在以上所设定的气象条件下，边界条件具有南北对称性。因此温度场、速度场、相对湿度分布南北对称，所以仅模拟该游泳池的南半部。 几何模型如图1所示。几何尺寸与建筑实体基本相同。忽略了一些对整个流场影响不是太大，然而却大大增加模拟难度的细节部分，如屋顶支架。 网络自动生成，计算域包括约73万个四面体单元和约13万个节点。 2.4 建立物理模型 通过对实际物理现象认真分析，抓住影响流场的主要因素，合理简化假设，建立了适于模拟软件计算的物理模型。  = 1 \* GB3 ①对于在大多数时候，该游泳馆中观众很少，即使观众人数达到设计要求的最大值两百人，他们的散湿量与水池散湿量相比较，所占比例也很小，因此忽