一、网格的划分
网格生成对CFD计算至关重要,直接关系到CFD计算的成败。常见的网格有结构化网格、非结构化网格与自适应笛卡尔网格。质量高的计算网格应满足以下几点:
(1)网格在求解域内的疏密变化应与被求变量的梯度变化相适应;
(2)整个求解域内的单元变化是光滑的进行;
(2)单元的扭曲度较小,单元的宽高比不大于5:1。
根据恒温恒湿房间的几何尺寸,采用非结构网格填充率不高,产生的网格数量要比结构网格的数量大得多,因而要求较大的计算机内存,计算时间长,所以本次模拟采用六面体结构网格。计算区域划分步长不大于恒温恒湿室实际尺寸的1/20。其他网格划分规则统一规定为:流体窄缝(fluid gap)的最小网格数为4,固体边的最小网格数为4,圆柱形与三角形的表面最小网格数均为4。所得网格数为253400个左右。
二、风口模型的简化
空调通风房间一般都是通过送风口的送风射流来实现送风和室内空气的混合,以达到空调和通风的目的。为了正确的预测室内的空气流动,应将送风参数的详细情况正确的描述成为入流边界条件。而实际的风口几何形状十分复杂,种类也较多,如条缝风口,百叶风口、方型散流器等。目前主要采用间接描述的盒子类风口模型和直接描述类风口模型来简化描述复杂的空调风口入流边界条件。本文对于以上问题的处理办法是将送风口的送风速度取为平均速度,以避免因考虑送风参数细节而导致网格过密的难题。因此,本论文的模拟计算采用传统的CFD方法对风口进行描述,既将风口当作一个简单的开口。
三、数值模拟方法
由于厂房和房内障碍物都简化成六面体,所以模型建立在笛卡尔坐标系下,采用控制容积离散方法将微分方程离散成代数方程。将微分形式离散成代数形式的过程中采用的是上限差分格式,网格的划分采用多重网格划分法。
对整个控制方程的求解采用的是SIMPLE算法,在每一次迭代结束后进行下一轮迭代之前,所赋的新值采用欠松弛方法,以此加强非线性耦合方程迭代求解的稳定性。不同的变量所采用的松弛因子不同,对于速度变量松弛因子一般在0.3~0.4之间,本次模拟取0.4;压力项的松弛因子一般0.6~0.7之间,本次模拟取0.7;紊流动能和紊流耗散能的松弛因子一般在0.25~0.35之间,本次模拟取0.35;其它变量的松弛因子取1.0。在求解的过程中,判断各个变量收敛的标准也不相同,对于速度变量采用的是10-3,质量守恒项采用的是5×10-3,紊流动能和紊流耗散能采用的是5×10-3,浓度方程变量采用的是10-4,能量方程变量采用的是10-6,其残差曲线如图3-3所示。
在前述条件已定的情况下,决定变量是否收敛或者收敛快慢的两个主要因素是网格的划分和初值的给定。在最初的计算时,赋初值为零,网格为粗网格,将计算出来的结果作为下一次计算的初值。然后再细化网格,进行新一轮的计算。数值模拟后的残差收敛曲线如图3-3。
(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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