障碍物对空调房间气流组织的影响

郑玉 秦萍 刘凯

摘 要：由于现实中室内障碍物的存在，往往会改变空调系统设计时的气流组织的分布情况，影响到空调系统的热舒适性与能耗。采用CFD方法模拟多种工况下室内障碍物对气流组织的影响，从而设计出与实际室内障碍物布置相适应的合理的空调系统。

关键词：障碍物 气流组织 CFD模拟

中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-052-02

1 引言

室内空调环境问题越来越引起人们的重视。由于室内一般布置有家具、隔板和设备等，往往会改变空调系统设计时的气流组织分布情况，因此有必要研究室内障碍物对空调系统气流组织的影响。

2 室内障碍物对气流组织的影响

2.1 空调房间简介

本文研究的房间，具体室内布置如图1所示。房间外形尺寸为6m？.8m？.7m。东、西、北墙为内墙，南墙为外墙，上开有窗，房间采用吊顶，高2.6m。室内含有多种障碍物，共同作用于室内的气流组织。主要障碍物的功率及外形尺寸见表1。

2.2 模拟工况综述

室内障碍物对空调系统气流组织效果的影响，包括障碍物的位置、体积和发热情况等。因此，设计了以下工况来进行研究对比，并最终选出适合的空调系统。四种工况都采用条形散流器上送上回的送风模式，风口底侧与顶棚平齐，送风方向沿南北方向斜向下30埃矫娉龇纾换胤缈诔叽缥？.66？.lm2，送风口出风温度为12℃，送风量为400m3/h。

工况1：障碍物的大小、位置及发热功率等按真实情况布置在空调房间中，如图1所示。

工况2：改变布置情况，如图2所示。

2.3 模拟结果及分析

在工况1的条件下，室内负荷集中到障碍物的体积内，且靠近负荷较高的南墙附近，加剧房间内的温度差异，且因为送风口的位置靠近东墙，形成图3所示温度场。

房间北侧的送风射流贴附顶棚较长的距离，不断带动和卷吸贴附射流下侧的空气，使得在房间北侧形成较大的回流区。而南侧射流到达房间南侧中部时消失。这是由于房间南侧的温度较高，且由于热障碍物附近的温度梯度大，加热周围的空气，形成与射流较强对流的热气流。且室内障碍物的存在，使得室内的流场变得比较的复杂，影响室内空调流动的流畅性，对房间的气流组织造成区域性影响。

在工况2中，室内的发热障碍物被移动到房间的北部，分担工况1中房间热源集中的状况，温度分布变得均匀。由于热源位置的改变，送风射流也相应的受到了影响。送风口两侧的送风射流都受到热源的诱导作用，贴附长度变短，射流向热源上方流动。当射流以比较大的动量与热浮生气流相遇发生较强烈的热量和动量的交换，热源产生的热对流主要向两侧扩散，形成水平面上的回旋气流，使室内温度分布比较平均。且障碍物位置的改变，分割空间作用减弱，房间形成一个整体流场，空气流速比较均匀。

图4 工况2模拟结果

2.4 气流组织评价

针对上述两种工况中不同的室内气流组织分布情况，用气流组织的评价指标进行评价，进而找出最合理的气流组织分布。评价采用有限取点法。在房间内均匀选取36个点，计算结果见表2。

表2 各个工况下气流组织的评价指标

由计算结果分析两种工况的工作区风速和温度梯度都满足规定的标准，即温度梯度小于3℃，风速小于0.3m/s。温、速度不均匀系数随着室内障碍物布置的改变都逐渐减小，室内物理场变得均匀，空气分布特性指标工况2中满足无吹风感的测点最多，占92%，室内空调效果最好。而两种工况的能量利用系数都不太高，是因为上送上送风方式式容易出现气流短路的问题，降低了空调系统的能量利用系数。

3 结论

障碍物对气流组织的破坏大体可分为两种：热源作用和阻挡作用。对于热源作用，可将障碍物热源均匀的分布到房间中；而对于阻挡作用，障碍物应尽量避免送风射流的主流方向，且在上下都留有流动空间，并尽可能的将其布置在房间的边界处，将其阻挡作用降至最低。

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