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适用于回流区流体力学模拟计算的
三种高雷诺数湍流模型的比拟
摘要在数值模拟计算领域，标准k-ε模型、CHEN-KIMk-ε模型和RNGk-ε模型属于两方程的高雷诺数湍流模型，运用这三种模型对暖通空调室内空气回流区进行计算流体力学〔CFD〕模拟，结果说明采用CHEN-KIMk-ε模型和RNGk-ε模型的模拟结果差异不大，但二者均优于标准k-ε模型。
关键词市政工程；湍流模型；计算流体力学；回流区
Comparisonofthreehigh-Reynolds-numbermodelsinrecirculationzonesforsimulationofcomputationalfluiddynamics
ByGuoShengjiang☆,WuGuangqingandChenGuobang
☆ZhejiangUniversity，China
AbstractStandardk-εmodel,CHEN-KIMk-εmodelandRNGk-εmodelweretwoequations-high-Reynolds-numberturbulentmodels.Theairflowintheair-condictioningroomrecirculationzoneswassimulatedwiththemodelsbyCFD.ItindicatesthatCHEN-KIMk-εmodelandRNGk-εmodelaresuperiortothestandardk-εmodel.
Keywordsmunicipalengineering，turbulentmodels，computationalfluiddynamics，recirculationzones
1前言
现代办公楼和居室内的通风空调都是在封闭空间内进行，这些空间往往被分隔成许多写字区和生活区，所以常常会形成空气的回流。随着社会生活水平的提高，人们对办公和居住建筑物内环境的要求也越来越高，因此在进行建筑物的暖通空调〔HVAC〕设计时，对室内回流区进行预测和模拟显得尤其重要。
暖通空调工程领域内空气的流动满足质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。空气流动的湍流特性采用适当的湍流模型描述。依据确定湍流粘性系数μt的微分方程数目的多少，可把湍流模型分为零方程模型、一方程模型及两方程模型等。目前在HVAC工程中应用最广的是湍流粘性系数法中的k-ε两方程模型，它是由Harlow和Nakayama在1968年提出的。在过去20年中，以k-ε两方程模型为骨架，提出了多种改良方案，如非线性k-ε模型，多尺度k-ε模型，重整化群k-ε模型，可实现k-ε模型等[1]。
文中在介绍三种适用于暖通空调回流区的高雷诺数〔Re〕模型：标准k-ε模型、多尺度CHEN-KIMk-ε模型和重整化群k-ε模型(renormalizationgroup，RNG，k-εmodel)的根底上，采用CFD商业软件PHOENICS运用这三种模型并结合实例对室内空气回流区进行了数值模拟比拟，以帮助在预测室内气流组织时能更好地选择湍流模型。
2数值计算方法和CFD商业软件简述
k-ε模型和描述空气流动的质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程都可以写成以下通用形式[1]：
〔1〕
式中ρ为空气密度〔kg/m3〕；为空气的速度矢量〔m/s〕；φ为通用变量，可以代表u、v、T、k、ε等求解变量；为广义扩散系数〔N.s/m2〕；为广义源项。该形式由四局部组成，它们是
1时间项，或称非稳态项；
2对流项；
3扩散项；
4源项。按照上述通用形式可把各控制方程离散化为代数式进行编程和求解，除了边界条件与初始条件外，不同求解变量之间的区别就在于与的表达式不同[1]。
1974年丹麦学者P.V.Nilsen首次将计算流体力学CFD〔computationalfluiddynamics〕用于计算室内空气流动，从此数值模拟技术开始应用于暖通空调〔HVAC〕工程领域。相比传统的模型试验和经验公式预测流体的流动和传热而言，CFD技术具有本钱低、速度快、资料完备等优点，逐渐受到人们的青睐。目前随着计算机技术和数值模拟技术的开展，CFD已被广泛用于解决工程中的实际问题。
英国CHAM公司开发的CFD商业软件PHOENICS采用有限容积法，网格系统包括直角、圆柱、曲面、多重网格和精密网格。对流项的离散格式包括一阶迎风格式、混合格式和QUICK等；压力与速度的耦合关系采用SIMPLEST算法。代数方程
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