[doc格式] 夏季空调送风参数对室内温度场影响的分析

[doc格式] 夏季空调送风参数对室内温度场影响的分析 夏季空调送风参数对室内温度场影响的分 析 0o9年第期.卷第建筑节能 No.5in2009rr0talNo.219.Vo1.37) 一暖通与设备 HEATINGVENTILATION&EQUIPMEN doi:10.3969/j.issn.1673—7237.2009.05.011 夏季空调送风参数对室内温度场影响的分析 曹西金”高霞:,温玉杰3,唐中华 (1.中原环保股份有限公司,郑州450008:2.中原工学院理学院,郑州450007; 3.河南慧至机电设计事务所有限公司,郑州450000:4.西南科技大学土木工程与建筑学院,四川绵阳621010) 摘要:空调的送风参数对室内热环境有着重要的影响,特别是对温度场的影响尤为显着.以在夏季空调房间有新风引入的情况下,着 重比较了不同送风角度,送风速度下的室内温度场的分布.以此为基础,得出最佳的送风速度与送风角度. 关键词:空调;室内热环境;温度场;新风;送风角度;送风速度 中图分类号:TU831文献标志码:A文章编 号:1673.7237(2009)05—0034.03 AnalysisoftheImpactofInlettingParameteroftheAir—conditioningon IndoorTemperatureFieldinSummer 0xi-jin’,GA0WENYuTANGZho,I/,Et4 (1.ZhongYuanEnvironmentalProtectionCo.,Ltd.,Zhengzhou450008,China; 2.SchoolofSciences,ZhongytmnUniversityofTechnology,Zhengzhou450008,China; 3.HenanHuizhiElectricalandMechanicalDesignOfficeCo.,Ltd.,Zhengzhou450000,China; 4.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China) Abstract:lnlettingparameteroftheair-conditioninghasmuchinfl~uceontheindoorthermalenvironment,inparticularonthetern— perature如 td.Whenfreshairentersintoair-conditioningroominsummer,temperaturelddistributionatdifferentinlettingandeandin— lettingvelocityIi3erediscussed.Basedonthat,thebestinlettingangleandinlettingvelocitywereobtained. Keywords:air-conditioning;indoorthermalenvironment;temperaturefield;freshair;inlettingangle;inlettingvelocity O引言 关于家用空调的室内热环境的相关研究有很多, 大多集中于空调房间的热环境的特性的研究,而对新 风引入后的室内热环境重视不够.而至于空调的送风 参数对于室内热环境的影响,研究则相对较少,即使 有所考虑,也往往是没有考虑新风引入的情况.至于 空调的送风参数对于室内气流组织状态及新风引入 的影响则找不到相关的研究l.于是本文以此为切入 点,着重对这方面进行了简要的对比性研究分 析,为进一步的深入研究提供一点基础. l物理模型的建立及简化 本文在前期实验实测数据分析的基础上,对比了 不同的室内新风引入的气流组织方式,得出的结论是 下进新风上排风的方式,室内的热环境为最佳.而且 发现空调送风参数中对室内热环境影响最大的是送 风温度,送风角度及送风速度.在这其中,一般的空调 器只有送风角度和速度是可变的,因此,主要对这2 种参数进行研究分析.从大量的实测数据分析可以得 出结论,送风的速度在2m/s以下的低速状态时,室内 热环境要优于高速状态. 在上述结论的基础上,结合具体的实验环境,建 立简化后的物理模型(见图1). 收稿日期:2009.03—31;修回日期:2009.04.16 排 图l简化物理模型 为了减少计算量,对物理模型进行下列假设: (1)室内空气为连续性不可压缩介质,可近似视为 理想气体; (2)室内的流场为定常流场,不受外部气流影响; (3)室内韵各个壁面为光滑表面,且为定温面,无 厚度; (4)室内有稳定的内热源. 2理论模型选取及其边界条件 2.1理论模型选取 结合相关的研究成果,决定采用RNGk-e方程模 型表述室内的热环境状态.RNGk-e模型是由Yakhot 及Orzag提出的[sl,该模型中RNG是英文”renormal- izationgroup”的缩写,成为重整化群模型.其通过大 尺度运动和修正后的黏度项体现小尺度的影响,而使 这些小尺度运动有系统地从控制方程中去除,其与标 准的两方程k-e方程模型有以下不同之处【6】: (1)通过修正湍流黏度,考虑了平均流动中的旋转 及旋流运动情况; (2)在e方程中增加了反映主流的时均应变率项, 从而使其变成了既与流动有关,而且还是空间坐标 函数. 从而,RNGk—e模型可以更好地处理高应变率及 流线弯曲程度较大的流动. 主要控制方程】: RNGk-e模型的控制方程通式可以表达为: ot + 警=去(喏)dxdx;d.c; (1)连续性方程 tk=l,r0,s (2)动量方程 i,,一( (3)湍流动能k 咖-k,,S,=Pk-pe+Gb f4)耗散率, 咖s,,,(Pk’cs+G)+R (5)能量方程 _T,告+告,s 在上边的控制方程中: :p,脚等(等+等), 卢眚署} .s,S-(2Js,.s争(+) rio=4.38,=0.012,C0.0845;CsI=I.42,C2=1.68, C3:1.0; irk=0.7194,try0.7194,Pr=0.71,Pr,=0.91S=1.0,Sc尸1.0 经过上边的对数值模型的处理,结合边界条件, 就可以对数值模型进行求解.在这里将采用SIMPLE 算法,具体的将是SIMPLE的分离式压力系数修正求 解法. SIMPLE方法的基本思想如下:对于给定的压力 场(他可以是假定的,也可以是上一迭代层的计算结 果),按次序求解U,V的动量方程.由此,所得的速度 场未必能满足质量守恒的要求,因此,必须对给定的 压力场加以校正.为此,把由动量方程离散形式所规 定的压力与速度的关系代入连续性方程的离散形式, 从而得到压力修正值方程.由压力修正值方程解出压 力修正值,进而去改进速度,以得出在这一迭代层能 满足连续性方程的解.然后用计算所得的新的速度值 去计算湍动能与湍能耗散率,并对动量离散方程中的 系数加以改进,以开始下一层次的迭代计算.如此反 复,直至获得收敛解. 因此,综合以上的推导,可得出求解不可压湍流 流动的整个步骤如下: (1)假定速度场,压力场以及V分布; (2)求解X,Y方向动量方程得U,V’; (3)用SIMPLE方法进行压力修正,得P’,U’,V’; (4)将速度修正为U.+U’,V.+V’后,代入湍动能方 程和湍能耗散率方程,得k和e值; (5)根据连续性方程判断迭代过程收敛与否.若收 敛,则停止计算;否则,更新vI的分布后返回(2)继续 迭代求解. 2.2边界条件取值 计算模拟的主要对象是经过对实验数据分析得 到的最优的新风引入状态,即排风引出新风下入的低 速状态,而且风速是其中最大的影响因素,所以在这 里要进一步研究风速对室内热环境的影响. 主要的思路是模拟计算在其他边界条件不变的 情况下,风速从1,2m/s的室内温度,风速的变化分 布.风速每0.2rn/s间距去一个级别.同时与室内热环 境表现较差的独立新风下部引入下部排风的相同的 风速组别的进行横向比较说明.在整个计算空间中选 取典型的状态面作为监测面,作为对比计算结果的主 要依据. 在整个模拟计算过程中,为了集中了解风速的影 响作用,求需要对其他的边界条件取为定值,这是实 验所不能做到的,但在模拟计算过程中可以很好地解 决这一问题.这就需要对主要的参数进行详细的规 定,这需要结合前边实验数据的分析结果,依据相关 数据的分布特性给出取值(见表1,2,3). 3模拟结过比较分析 3.1模型可靠性分析 在进行风速在新风下入状态下对于室内温度场 及速度场分布的影响之前,要对建立的模型的科学性 及准确性进行分析,这主要是通过对实验数据与模拟 数据的比较. 在进行模拟时,是以实测的空调送风,回风状态 参数,新风送入的状态参数,以及各个边界壁面的表 面温度为边界条件,通过建立的模型的模拟计算得到 的空间各个测点的温度,风速进行对比,说明其可行 性.通过模拟计算,模拟的结果如下. 表1室内回风及排风口参数定义及其模拟计算取值表2空调房间壁 面温度取值 表3室内送风进口参数定义及其模拟计算取值 空调 送风 新风 送风 速度 进口 质量 进口 l 1.2 l,4 1.6 1.8 2 0.2l0.40.2O.08O.02053050.05O.09 31O 3O8 306 3O4 一 实测值一模拟值 { i l 鑫8 8 8 8O AlA2A3A4B1B2B3B4ClC2C3C4DlD2D3D4 空间点 图2空间点实测温度与模拟温度值对比 AlA2A3A4B1B2B3B4ClC2C3C4DlD2D3D4 空间点 图3空间点速度实测值与模拟值对比 从图2,3可以看出,除了少数的点的模拟值未能 与实测值相吻合,大部分都能与实测值相符合,说明该 模拟模型建立没有问题,可以用来对排风引出新风下 入状态的空间温度,风速的模拟预测分析. 3.2模拟结果比较分析 室内空间的温度场的分布呈现出上热下冷的热 分层现象,而且随着空调送风风速的增大,空间中的 高温层逐渐变小,直到消失;新风有下部进入室内,由 于流速低,且温度高,已进入室内后边沿壁面向上,到 达上部的高温区,向排风口位置移动,在这个过程中 与室内空气进行热质交换,随着空调送风风速的增 加,新风完成混合的空间距离越短;空调的送风直接 吹向人体活动区,使局部的温度极低. 空调机组的送风射流可以贯穿整个房间,而没有 受到太大的扰动,其速度衰减很慢,但是其射流区的 区域不大,主要位于人的活动区域,对人的热舒适性 感觉有较大影响.为了避免人体产生冷吹风感,可以 适当提高送风温度,或者不断改变送风角度,这要求 与水平面有夹角. 在相同的送风速度下,送风角度越大(与水平夹 角),则新风进入室内与室内空气混合的空间位置越 靠上.其中水平送风使得新风进入室内后直接在人的 主要活动区范围内混合,能最大限度地减少新风的供 给量,但其达到室内人的活动区的温度,整体上达到 舒适范围,所需要的送风风速比其他的2种送风风速 要大.而对于竖直送风,情况则与水平送风相反;斜向 送风则处于折中的情况. 可以发现,在满足室内热舒适性要求的前提下, 空调的送风速度与送风角度存在着一一对应的函数 关系.这里不再详述,有待进一步分析研究. 43446啷舶 弘呃OOOOOOOOOOO05 ?舛? 叭?舛?? OOOOOOO 52963加” 惦??H O0OOOO oo年第期值第.卷第9期)建筑节能 No.5in2009(TotalNo.219.Vo1.37) 一暖通与设备 HEATINGVENTILATION&EQUIPMENT doi:10.3969/j.issn.1673—7237.2009.05.012 微矩形通道内水的流动特性分析 黄蕾,王彦红 (洛阳理工学院,河南洛阳471023) 摘要:设计微尺度流动实验测试系统,主要研究水在小雷诺数下流经矩形微通道时的流动特性.通过对相关实验数据进行分析计算, 表明水在矩形微通道内流动时的压降值与阻力系数值均大于传统理论预测值.分析原因主要是微通道尺寸的测量误差和壁面 粗糙度以及双电层的影响. 关键词:微通道;流动特性;压降;阻力系数 中图分类号:TK124文献标志码:A文章编号:1673?7237(2009)05?0037-03 AnalysisonFlowCharacteristicsofWaterFlowingThroughRectangularMi crochannel HUANGLei,WANGYan-hong (LuoyangInstituteofScienceandTechnology,Luoyang471023,Henan,Chi na) Abstract:Anexperimentals~temwasbuilttostudyflowcharacteristicsofrectangularmicrochannelinlowReynoldsnumbers.Themn一 icalresultsindicatedthatpressuredropandfrictionfactorinrectangularmicrochannelwerebiggerthanthoseBenbytheconventional laminarflowtheory.Theanalysisrevealedthattheerrorofexperimentalresultsresultedfromtheerrorofdimemionmeasurement,roughn,ess andtheelectricdoublelayer. Keywords:microchannel;flowcharacteristics;pressuredrop;frictionfact0rs 0引言 随着制冷技术的发展,微型换热器内部越来越多 的涉及特征尺寸在1,1nlATI范围内流体的流动和 换热问题,国内外也有许多学者致力于相关方面的研 究,但是不同研究者有不同的结果,结论甚至相互矛 盾.就流动特性而言,Tuckerman和Pease01的研究结 果发现流体在微通道内流动时的阻力系数比理论预 测值略高;而Harley等人采用多种不同性质的工作 流体流经微通道,研究结果表明阻力系数比理论预测 收稿日期:2009.03.17;一次修回:2009.03.24;二次修回:2009.04.02 值小10%~20%;Jiang等人[41的实验结果则发现,水流 经微通道时的压降值变化与流经微通道中水的流量 有很好的线性关系,并且与理论预测的结果很吻合. 国内也有一些学者进行了相关方面的研究,但是,由 于这一领域的研究还处于初级阶段,尚无系统的理 论,因此,有必要全面了解流体在微通道中的流动特 性,其研究本身已经成为提高微小器件性能的关键环 节之一. 本文设计微流动实验测试系统,从实验角度出发 初步探讨水在层流状态下流经矩形微通道时的流动 4结语 本文针对室内流场建立了数值模型,并根据本研 究的具体情况,进行了必要的假设,选取确定了相关 的边界条件,为进行数值模拟打下了基础.利用所建 立的数值模型,以实验实测数据为边界条件,模拟到 空间各个测点的温度,风速模拟计算值,通过与实验 实测值进行比较,确定所建立的模型的可靠性.依此 为基础,进一步研究空调机组送风风速对室内温度及 气流速度的影响.通过计算结果,发现风速在1.6, 1.7m/s时,室内人的活动区的温度已经满足舒适要 求,但通过其主断面上的风速分布,发现空气的高流 速区有很大一部分处于人的活动区,这时只有适当提 高送风温度或不断改变送风,才可能改善热舒适性. 参考文献: [1】朱能.置换通风与冷却顶板的热舒适性研究[J】.制冷,2000,12(4) 65.7O. 【2】胡平放,蔡芬气流组织形式对室内空气环境影响的数值模拟【J】. 华中 科技大学:城市科学版,2006,23(2):28.31. 【3】周艳蕊,俞炳丰,赵蕊.空调器送风参数对房间速度场和温度影响 的计 算模拟和试验研究【J】.制冷与空调,2004(3):36-41. 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