為使室內(nèi)達(dá)到合理的設(shè)計要求,一個有效的手段就是借助商業(yè)軟件來預(yù)測室內(nèi)的熱舒適性以及室內(nèi)空氣各參數(shù)的分布,如氣流流速、溫度、相對濕度和污染物濃度等。目前用于仿真研究室內(nèi)溫度場、速度場等常用的商業(yè)軟件有Phoenics、Fluent和Airpak。
一、軟件選擇、模擬方法和湍流模型
在暖通空調(diào)領(lǐng)域,Airpak軟件研究范圍更具有針對性,對室內(nèi)熱環(huán)境、室內(nèi)氣流組織和熱舒適場的研究尤為方便,并且界面操作更加簡單、快捷。因此本文選擇商業(yè)軟件Airpak。紊流的數(shù)值模擬方法主要有三類:直接模擬法DNS(Direct NumericalSimulation)、大渦模擬LES(Large Eddy Simulation)和Reynods時均方程模擬法(Reynolds-Averaging Equation)。
Airpak軟件采用的即為Reynolds時均方程模擬法。在模型選擇上,Airpak給出了四種湍流模型:零方程模型、Indoor零方程模型、標(biāo)準(zhǔn)kε−模型、RNG kε−模型。目前對于室內(nèi)環(huán)境國內(nèi)外大多數(shù)研究所使用的模型為兩方程模型(標(biāo)準(zhǔn)k-ε),這種模型已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,而陳清焰教授提出的室內(nèi)零方程模型,計算速度快,模擬效果也好。
而混合長度零方程模型和RNG k-ε模型并未廣泛使用,RNG k-ε模型更適合于快速受迫流和彎曲流線。而Indoor零方程模型是在混合長度零方程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,更適合模擬室內(nèi)環(huán)境。而對室內(nèi)零方程模型和兩方程模型(標(biāo)準(zhǔn)k-ε)的選擇上,盡管按照參考文獻(xiàn)的校核結(jié)果,兩方程模型(標(biāo)準(zhǔn)k-ε)的模擬精度高,比較符合實際情況,但是室內(nèi)零方程模型速度快,而且其精度足以滿足工藝要求,尤其在網(wǎng)格數(shù)為3000時,他所需要的收斂時間僅為兩方程模型(標(biāo)準(zhǔn)k-ε)的1/4??紤]計算精度及計算的經(jīng)濟(jì)性,因此本課題采用室內(nèi)零方程模型?;谝陨戏治?,本課題選擇商業(yè)軟件Airpak,采用Reynolds(雷諾)時均法,建立Indoor零方程模型。
二、物理模型描述
按照恒溫恒濕車間已有的通風(fēng)方案,人員、風(fēng)口及其他相關(guān)參數(shù)的選擇見表3-1,數(shù)值模擬的幾何模型見圖3-2。
三、假設(shè)條件
根據(jù)3.2.1節(jié)的分析說明,本文采用Indoor零方程紊流模型模擬。為了簡化問題,作如下假設(shè):
(1)房間內(nèi)空氣為不可壓縮且符合Boussinesq假設(shè):即流體中粘性耗散略而不計;除密度外其它物性(如c p)為常數(shù);對密度僅考慮動量方程中與體積力有關(guān)的項,其余各項中的密度亦作為常數(shù);
(2)它的外部大空間的溫度為23℃,因此邊界條件可以簡化處理,房間的地板、頂棚和四面墻都處理成絕熱面;
(3)廠房內(nèi)空氣為輻射透明介質(zhì)。
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