室内空气流动数值模拟的N点风口动量模型.docxVIP

第20卷第1期

2003年2月

?计算力学学报?Vol.20,No.1

ChineseJournalofComputationalMechanicsFebruary2003

文章编号:1007-4708(2003)01-0064-07

室内空气流动数值模拟的N点风口动量模型

赵?彬,?李先庭,?彦启森

(清华大学建筑学院技术科学系建筑环境与设备研究所,北京100084)

摘?要:为适应工程应用中快速、准确模拟室内空气流动的需要,提出N点风口动量模型,以简化描述利用计算

流体动力学CFD方法模拟室内空气流动时百叶、多孔板类送风口的入流边界条件。百叶和多孔板风口的等温自

由射流算例以及HESCO孔板类散流器在室内送风的算例和实验数据对比表明,N点风口动量模型可以较好地

解决数值模拟室内空气流动的风口入流边界条件描述问题。

关键词:风口模型;计算流体动力学;室内空气流动;边界条件;送风口;百叶;多孔板

中图分类号:TU834???文献标识码:A

??

近年来随着计算机计算能力的大大提高,计算

1?N点风口动量模型的基本思想

流体动力学CFD(computationalfluiddynamics)

N点风口动量模型利用N个简单开口替代不

技术越来越多地应用于指导空调通风房间的气流

同出流方向的送风口以实现其入流边界条件的简

组织设计及其评价分析。而空调通风房间实际的送化描述,属于直接描述的风口模型,N的取值视送

风口几何形状很复杂,其入流边界条件难以描

风口出流条件而定。每个开口的描述方法为动量模

型。为保证简化描述不丧失太多的入流条件信息,

述[1]。目前主要有两类风口模型用于简化描述复杂

N点风口动量模型保证了影响射流的一些主要因

的空调风口入流边界条件:间接描述的盒子类风口

素和实际情况一致。文献[3]指出,影响室内空气射

模型和直接描述类风口模型。盒子类风口模型包括

流特性的主要因素有射流质量流量、动量流量、浮

盒子模型,指定速度模型和主流区模型等,这类模

力通量(非等温射流)以及送风口形状等。简单开口

型把送风口入流边界条件描述转化到包围送风口

替代复杂送风口后,模型势必改变原来的送风口形

的一个盒子的边界上,借助实验值或者射流公式描

状,但可以保证入流的质量流量、动量流量、浮力通

述边界条件,避免了直接描述送风口出口处复杂的

量和实际一致,以保证一定的出流条件下送风射流

流动情况,但这种方法存在着实验测量麻烦且无法在湍流充分发展段(主体段)的特性保持不变。这是

动量模型的基础,也是N点风口动量模型的基础。

用于设计阶段的预测等问题,或者,受射流公式不

射流的浮力通量为可靠、射流是否受限或等温的影响[9]。直接描述类

B=gΔdL(1)风口模型包括基本模型、动量模型,这类模型直接

在送风口处描述入流边界条件,具有不受送风射流g为重力加速度,m/s2;Δd为送风密度和室内空气

密度之差,kg/m3;L为入流风量,m3/s。对于空气:

等温与否、受限与否的限制等优点,因此实际应用

中以直接描述类风口模型最为简便。但是基本模型

对于开口有效面积和总面积相比较小的送风口误

Δd=-ΔTU,?U=1

T0(2,3)

差较大[2],如多孔板类送风口。动量模型考虑了影响

风口射流的主要因素,极适合工程应用[10]。为此,本

文在动量模型的基础上,对百叶风口以及孔板类送风

口用N个“基本”的动量模型进行描述,即所谓的N

点风口动量模型,以方便指导工程应用。

ΔT为送风温度T和室内温度T0之差(K);U为空

气膨胀系数(1/K)。

将式(3)代入式(1),可得空气射流浮力通量

为

B=-gΔT

Ld(4)

T0

温度是个标量,且实际中空调系统的送风温度都比

收稿日期:2001-03-12;修改稿收到日期:2001-11-03.

作者简介:赵?彬(1974-),男,工学博士,博士后.较均匀。结合Boussinesq关于密度(温度)变化不

?第1期赵?彬,等:室内空气流动数值模拟的N点风口动量模型

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大时其变化只作用于浮升力项的假设[3](空调通风条件的风口模型,与射流进入室内之后的流动条件

流动时温度变化不大,满足此假设),室内温度T0无关,即与射流是否受限和是否等温无关。受限射

可认为不变,因此对照式(