中建三局第二建设工程有限责任公司湖北武汉430000
摘要：在社会经济的快速发展下，人们的生活品质也得到了不断的提升，因而对于生活环境的要求也越来越高。针对于暖通空调气流组织数值的模拟来说，其拥有着独有的特殊性，因此成为目前我国较为重视的课题研究，在对于此项领域的研究上，必须选择合适的方法，本文就此展开分析探讨。
关键词：暖通；空调；气流组织；模拟；特殊性
引言
现阶段，常见的空调方式包括分层空调，其通过气流合理的组织形式，只对空调调节区域的下半部分空间进行调节，而通风排热，是通较大部分的上部空调区进行。建筑工程中分层空调是比较通用的技术策略。在许多的研究案例中可以看出，在节能方面，大空间建筑结构中此项空调技术有着较大的优势，可促其法建筑工程前期的投资进行节省，减少运行费用，在空调体系中属于节能性强的方式。
一、风口模型
1.1模型不足的风口形式
在二十多年的技术发展中，已然形成了两大风口模型的类型：分别是直接描述类和间接描述类两种风口模型。前者直接描述类的风口形式，在系数较小的开口有效面积情况下，对送风口往往有着较大的风口误差，另外在使用动量模型时十分方便，但对不同出流方向的射流怎样进行合并简化上并不明确。而另外的间接描述类风口，要通过具体的实验来进行测量，因此比较麻烦。而且不能通过设计阶段来对其的提前预测，同时还可能能受到不可靠的射流公式、等温或射流受限的方面的影响。
1.2解决策略
对于以上问题，在工程中快速简捷模拟风口，可采取以N点风口模型以达到入流边界条件情况下的需要。在保证能准确动量流量、模拟入流时的流量及入流时的质量、以及获得浮力通量的条件下，采用N个简单开口代替N点风口模型分别不同的出流方向的送风口，以达到简化描述其入流边界的条件,风口形式是为直接描述的模型,按照风口射流动量数进行对N的取值的简化及合并。对出流条件不同的孔板、百叶风口有效面积料小的这类风口，直接描述类风口模型可以达到理想的模拟效果。
二、数学和物理模型
2.1边界条件及物理模型
例如针对于4种气流组织的物理模型的办公室内，在几何尺寸为5m长×4m宽×3m秘的的某房间，为101325.0pa的大气压力，为50%的空气相对湿度。在对房间的任何设置，及回风口和送风口的数量、大小形式、和送风参数都不改变的情况下，只对送、回风口的位置的改变，来对气流组织形式进行改变，进行对房间的PMV、速度场、PPD，温度场，进行分别的计算。送风口为0.2m×0.3m，窗户尺寸为3.65m×1.16m，回风口为0.5m×0.5m；分别为19℃和31℃的送风口和窗户的温度；为0.85m/s的送风口的风速。为别为0.4m×0.35m×1.1m，70W的热源的尺寸和散热量：人体；灯具：0.2m×1.2m×0.15m，30W。计算机：0.4m×0.4m×0.4m，108W；分别送风的4种送、回风口的方式：上送下回同侧送风、上送下回的异侧送风、下送上回的同侧送风和下送上回的异侧送风。
2.2数学模型及具体计算
因为空调房间内在混合湍流模型的强迫对流及自然对流的共同作用下，一般选择k-ε湍流模型的模拟实验不能获得较好的效果，而在模拟空调房内混合对流及自然对流的空气中通过零方程模型可以收到理想的模拟效果。因此，我们可以选择运用零方程模型，其无需通过微分方程而是将流黏性系数和时均值的联系通过代数方程式来替代，用简单的代数式来表示本文中描述的湍流模型的流黏性系数，即：湍流黏性系数=0.03874ρvl（1），式中：室内空气密度采用ρ来表示；当地时均速度用v表示；与壁面最近的距离用l表示。此模型方式使用方便，相对于k-ε模型的计算要小得多。
三、内热源和辐射模型
3.1室内空气分布中内热源和辐射换热的重要性
对室内空气流动的情况来说，内热源的传热和辐射的换热对其有着十分关键的影响,特别是比例大的辐射换热用的散热器供暖、以地板供暖或通过辐射吊顶的房间,另外如大型剧院、厂房、礼堂等比例较大的内热源空间内。但阶段计算通风空调房间内的气流组织的数值问题，几乎很少将这些问题进行考虑。
3.2解决思路
按照能量守恒进行辐射计算模型的建立,依此来对墙壁热流和温度的计算,通过边界条件的CFD数值计算,按照不均匀性的温度划分墙壁为数个网格，来对数值的分析求我妥。墙壁换热量会因计算出的CFD数值结果产生影响,互相耦合的CFD计算和辐射换热计算,所以可进行迭代计算,以防止要对边壁温度的实验测定作为其边界条件;而对收集、调研热源换热的问题,及辐射发热量之间的比例、散热辐射方向、常见热源模型的建立,如对流辐射散热比例等,分别处理在模拟计算中的两种不同的热源形式。
四、描述复杂物理条件
4.1复杂性的工程问题
气流组织数值在计算实际的工程时，包括以上所说的难点和特殊性以外,还会存在不规则的物体几何形状或计算区域的情况,此时很难运用柱坐标系或是直角坐标进行直接的描述这些较为复杂的几何条件,现阶段为对复杂的几何形状的逼近，一般采用阶梯网格在上述坐标系下,但其也丰承极大的计算量，而且不能获得满意的计算结果;而且，在一些大空间区域，如体育馆等位置,在面对过多的灯光及人员、座椅的设备时,无法进行到位的模拟,气流组织会因为这些室内的阻挡物和热源,产生极大的影响。对此采取的对策通常是以整体效果来处理,也就是在考虑时根据局部的集总参数法来展开,以对室内定性区域空气分布的确定,但还是无法对这些物质的传热特性进行充分的反映,对各设备、各人员间的微气候进行正确的模拟。
4.2解决策略
现阶段针对一些复杂的几何形状物体或区域,可通过非结构化网格和贴体坐标等方法来描述和离散,但这其中需要进行的相关工作，如计算时间、如何生成网格，怎样的收敛的问题，是摆在工程面前的又一系列难题。于是针对模拟复杂形状的内部的物体或房间时，有人提出采用有限元方法,结合与面向对象的方法,相应取得一定程度的效果，可以深入的研究和推广。但如果在设备、人员、灯光较多的区域空间，其仍然没有解决描述物理条件的问题。现如今值得借鉴还有一种研究方法，就是运用类比多孔介质思路,但还需深入对传热、传质特性的研究,要应用于实际工程还需努力。
五、结束语
综上所述，对于模拟暖通空调的气流组织数值虽然存在一定的特殊性，从而带给现阶段在数值计算方面诸多的问题和困难，但要坚信要经过不断的探索和努力的研究下，逐层对CFD技术计算的优化改进下，在对复杂工程问题的解决时，积极创新利用CFD技术将会给我国未来经济的发展作出突破性的贡献。
参考文献
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