基于CFD技术的紧缩场暗室通风空调模拟优化

孙子玉+朱培根

摘要：采用CFD技术对紧缩场暗室通风空调系统设计方案进行了模拟分析，结果表明：采用12送12回的送回风口布置方式最佳，该设计改变了暗室内空气气流分布形式，使暗室内空间的温度场和速度场分布更加均匀合理，满足了该工程特殊的通风空调技术要求，该研究在实际工程应用中具有重要意义。

关键词：CFD技术；紧缩场暗室；模拟优化

中图分类号：TU71

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）22014804

1 引言

在高大空间的通风空调系统设计中，传统的通风空调设计技术有一定的缺点和局限性，不能准确地确定高大空间内空气的速度、温度、湿度和有害气体浓度等具体情况。笔者采用计算流体力学（CFD）和数值传热学（NHT）技术，对通风空调系统设计方案的实施效果进行预测评价，以找出先进、适宜的通风空调技术方案。

2 项目概况

紧缩场暗室主体尺寸为34 m×17 m×17 m（长×宽×高），侧墙及顶棚吸波材料高度为900 mm，暗室内反射面区域温度要求为22.5±1 ℃，用以验收、鉴定、高精度测试。RF屏蔽通风窗为截止波导形式，波导窗是由许多个小波导组成的波导束，小波导截面形状为六角形[1]。在同等插入衰减能力条件下，六角形波导的通道面积大于方形波导，从而增大了通风面积，六角波导单孔外接圆直径3.2 mm。通风从吸波隔板与墙面吸波材料间的空隙出入，空隙面积应不小于通风波导窗的面积；吸波隔板用支架固定在通风口四周[2～4]。

3 优化设计方案模拟

依照实际工程需要，考虑到波导窗风口流量系数0.75，波导窗风口迎面风速为2.5m/s，在多次优化方案的基础上，采用12送12回的方式，回风口均采用隐蔽布置[5]。

3.1 夏季

送风量：风口尺寸600 mm×600 mm的波导窗，有效流量系数为0.75，波导窗风口迎面风速为2.5 m/s，波导窗风口过流风速为3.3 m/s，空调总送风量为[6]：

夏季室内Z轴剖面温度分布如图3，由图3知其空间温度分布在22.5±1.0 ℃之间，满足通风空调技术要求。

夏季空调速度场模拟结果如图4，反射面区域速度分布在0.2～0.5 m/s之间，其他空间无死区现象，符合工程使用要求。

夏季室内Y轴剖面速度分布如图5，由图5可见，反射面区域速度分布在0.2～0.5 m/s之间，其他空间无死区现象，符合工程使用要求。

夏季室内Z轴剖面速度分布如图6，由图6可见，反射面区域速度分布在0.2～0.5 m/s之间，其他空间无死区现象，符合工程使用要求。

3.2 冬季

冬季送风温度：t冬送=tN+Q冬/（LρC）=24.3（℃）

该方案冬季室内温度场模拟结果如图7，由图7可知，反射板及支架区温度分布在22.5±0.5 ℃之间，符合技术要求。

冬季室内Y轴剖面温度分布如图8，由图8知其空间温度分布在22.5±1.0 ℃之内，满足通风空调技术要求。

冬季室内Z轴剖面温度分布如图9，由图9知其空间温度分布在22.5±1.0 ℃之内，满足通风空调技术要求。

冬季空调区域速度场模拟结果如图10，反射板区域内速度分布在0.2～0.5 m/s之間，其他区域无死区现象，满足该工程使用要求。

冬季室内Y轴剖面速度分布如图11，反射板区域内速度分布在0.2～0.5 m/s之间，其他区域无死区现象，满足该工程使用要求。

冬季室内Z轴剖面速度分布如图12，反射板区域内速度分布在0.2～0.5 m/s之间，其他区域无死区现象，满足该工程使用要求。

4 分析与评价

通过对不同方案进行模拟对比，不同方案存在着回风困难，回风所需的压力大，反射板周围风速大，容易对反射板热稳定性造成影响；不能同时满足各项要求，本方案所采取的方案既满足温度场与速度场的要求，同时其风口的安装位置对测试所造成的影响最小。

本方案所采用的是12送12回的送回风口布置方式，通过对该方案的温度场和速度场的三维CFD模拟可以知道，该方案冬夏季反射面区域温度分布在22.5±0.5 ℃之间，速度分布在0.2～0.5 m/s之间，整个暗室内无空调死区，符合该工程的技术要求。该方案由12个回风口均采用隐蔽布置，改变了暗室内空气气流分布形式，使暗室内空间的温度场和速度场分布更加均匀合理，大大减少了对测试的影响，满足了该工程特殊的通风空调技术要求。

5 结语

在多次模拟的基础上，提出了采用12送12回的方式，波导窗风口迎面风速采用2.5 m/s，波导窗风口流量系数0.75，此时波导窗风口过流速度为3.3 m/s，回风口均采用隐蔽布置，即其中6个回风口布置在反射面背面，另外6个回风口布置在小室内，减少了风口对反射面的影响。经三维CFD模拟，暗室内温度场和速度场均满足使用要求。

参考文献：

[1]任艳莉. 高达空间气流组织的数值模拟与试验研究[D]. 天津：天津大学，2012.

[2]陈 熙. 博物馆新型空调系统设计研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

[3]李 莉.基于CFD流场预计算的短期风速预测方法[J].中国电机工程学报，2013（7）.

[4]陈修敏.数据中心机房空调系统设计及气流优化分析[J].流体机械，2014（11）.

[5]岳高伟.室内污染物扩散的通风优化数值模拟[J].流体机械，2014（4）.

[6]刘亚南.CFD技术在暖通工程中的应用研究[J].科技创新与应用，2015（8）.

[7]姚 军.大连市甘井子区图书馆通风空调系统设计[J].制冷与空调，2015（9）.

Abstract： CFD technology is used to simulate the design of the ventilation and air conditioning system of the retrenchment room in this paper. The results showed thatthe returns air outlet of 12 to 12 is best.The design changed the air flow distribution in the darkroom. The temperature field and velocity field in the space are distributed more evenly and reasonably， which meets the technical requirements of special ventilation and air conditioning in this project.The research is of great significance in practical engineering application.

Key words： CFD technology；retrenchment room； simulation optimizationendprint