等温环境下渗透式纤维空气分布系统CFD模型探讨(上)

纤维空气分布系统由于诸多的优点而越来越多地应用多种大型场所创造舒适、洁净的室内环境。目前,以纤维空气分布系统作为送风末端的空讨调环境下室内空气热湿环境、污染物浓度分布等方面的研究越来越多。李浩等构建了喷射渗透式布袋风管送风系统内部压力分布的数学模型,分析了纤维渗透性和送风量对布袋风管内部压力及送风特性的影响。陈孚江等提出了采用多孔介质模型描述渗透式纤维空气分布系统的方法(下文称直接描述法),并数值研究了不同物理参量(如布局方式、送风量、纤维孔隙率等)对纤维空气分布系统空腔内部和室内气流速度场、温度场、压力场的影响,以及系统的热容性。

然而,实际工程中,设计人员需要快速而准确地预测室内气流场特性,判断空调设计方案的优劣。本文对比分析了基于多孔介质模型的直接描述法、有效面积法和平均流速法等3种方法的特性。研究结果可为渗透式纤维空气分布系统的理论研究和工程应用提供参考。

1、渗透式纤维空气分布系统物理模型描述方法

针对渗透式纤维空气分布系统送风气流特征,给出了3种描述方法:直接描述法、有效面积法和平均流速法。其思想如下:

①采用直接描述法时,将纤维空气分布系统处理成具有一定厚度的多孔介质区。气流从纤维空气分布系统的入口端进入,充满纤维空气分布系统空腔,然后穿过多孔纤维层,进入室内。

②采用平均流速法时,将纤维空气分布系统简化为一空间曲面(纤维外壁面)开口,并假定气流直接从曲面开口处向室内扩散,流速大小为入口端的送风量与纤维渗透出风的总面积(不考虑孔隙率)的比值,方向垂直于弧形的纤维壁面。

③有效面积法是在平均流速法的基础上考虑纤维孔隙率对面积的影响,即送风面积为扣除纤维孔隙后的纤维渗透出风的面积。设入口端空气体积流量为Qin ,由纤维空气分布系统四周壁面流出的空气体积流量为Qout。根据质量守恒可得:

 

2.案例研究

2.1模拟房间物理模型

模拟房间长4.2m,宽3.6m,高2.5m。纤维空气分布系统长3.9m,内径305mm,壁厚0.47mm,沿X 轴向对称布置在房间天花天下面。

纤维空气分布系统出风方式为渗透式,即空气从半圆弧型多孔纤维壁面向室内扩散。排风口下檐离地板0.2m高,如图1所示。模拟房间内热源主要为台灯、电脑和人员。建立房间模型时,将纤维空气分布系统上端面直接贴附在天花板上,房间内各热体均用具有相应尺寸的长方体来代替。房间四周墙壁均视为绝热面。