为使室内达到合理的设计要求,一个有效的手段就是借助商业软件来预测室内的热舒适性以及室内空气各参数的分布,如气流流速、温度、相对湿度和污染物浓度等。目前用于仿真研究室内温度场、速度场等常用的商业软件有Phoenics、Fluent和Airpak。
一、软件选择、模拟方法和湍流模型
在暖通空调领域,Airpak软件研究范围更具有针对性,对室内热环境、室内气流组织和热舒适场的研究尤为方便,并且界面操作更加简单、快捷。因此本文选择商业软件Airpak。紊流的数值模拟方法主要有三类:直接模拟法DNS(Direct NumericalSimulation)、大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)和Reynods时均方程模拟法(Reynolds-Averaging Equation)。
Airpak软件采用的即为Reynolds时均方程模拟法。在模型选择上,Airpak给出了四种湍流模型:零方程模型、Indoor零方程模型、标准kε−模型、RNG kε−模型。目前对于室内环境国内外大多数研究所使用的模型为两方程模型(标准k-ε),这种模型已经得到广泛应用,而陈清焰教授提出的室内零方程模型,计算速度快,模拟效果也好。
而混合长度零方程模型和RNG k-ε模型并未广泛使用,RNG k-ε模型更适合于快速受迫流和弯曲流线。而Indoor零方程模型是在混合长度零方程的基础上发展起来的,更适合模拟室内环境。而对室内零方程模型和两方程模型(标准k-ε)的选择上,尽管按照参考文献的校核结果,两方程模型(标准k-ε)的模拟精度高,比较符合实际情况,但是室内零方程模型速度快,而且其精度足以满足工艺要求,尤其在网格数为3000时,他所需要的收敛时间仅为两方程模型(标准k-ε)的1/4。考虑计算精度及计算的经济性,因此本课题采用室内零方程模型。基于以上分析,本课题选择商业软件Airpak,采用Reynolds(雷诺)时均法,建立Indoor零方程模型。
二、物理模型描述
按照恒温恒湿车间已有的通风方案,人员、风口及其他相关参数的选择见表3-1,数值模拟的几何模型见图3-2。
三、假设条件
根据3.2.1节的分析说明,本文采用Indoor零方程紊流模型模拟。为了简化问题,作如下假设:
(1)房间内空气为不可压缩且符合Boussinesq假设:即流体中粘性耗散略而不计;除密度外其它物性(如c p)为常数;对密度仅考虑动量方程中与体积力有关的项,其余各项中的密度亦作为常数;
(2)它的外部大空间的温度为23℃,因此边界条件可以简化处理,房间的地板、顶棚和四面墙都处理成绝热面;
(3)厂房内空气为辐射透明介质。
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