上文《等温环境下渗透式纤维空气分布系统CFD模型探讨(上)》讲述了空气分布系统物理模型描述方法、案例研究,
本文接着对研究研究结果进行分析、讨论、总结。
3.结果与讨论
3.1 速度分布
图2(a)~(c)是基于直接描述法、有效面积法、平均流速法得到的气流在典型截面(X=2.1和Y=1.8)上的速度分布。
从图中可以看出3种方法得到的气流速度分布非常相似。气流沿垂直于纤维壁面的方向向室内扩散,下方区域的气流流速
大于两侧区域气流流速。有效面积法得到的室内区域,尤其是纤维空气分布系统下方区域气流速度略大于直接描述法和
平均流速法的预测结果。同时,纤维空气分布系统两侧区域气流受到下降气流的诱导而形成一定的涡旋区。
为了细化3种方法得到气流速度分布的差异,选择了3个截面(Y=0.9m,1.8m 和2.7m)气流速度值进行量化对比分析
。图3~图5显示了3个截面上84个位置3种方法获得的气流速度分布对比情况。从图中可以明显地看出3种方法得到的气
流速度分布总体变化趋势一致。然而,直接描述法获得的气流速度分布和平均流速法得到的气流速度分布吻合度较好,
而有效面积法得到的气流速度分布则以一定的偏差度偏离了其他2种方法得到的气流速度分布,尤其是在纤维空气分布
系统下方区域(Y=1.8m),有效面积法得到的气流速度略大于其他2种方法的预测结果。
3.2 气流轨迹分布
图6(a)~(d)给出了纤维空气分布系统局部气流可视化与基于3种不同方法获得的不同迭代次数(30、100和500)
时的室内气流预测结果。从图中可以看出,气流离开纤维空气分布系统的初期,数值模拟预测得到的气流场分布结果与
可视化结果是相似的。气流充满纤维空气分布系统空腔后从整个壁面同时向室内扩散,流速较低,方向垂直于纤维壁面,
受柯恩达效应的影响,贴壁(天花板)区域气流水平流速逐渐减小,同时在惯性力的作用下流动。有效面积法得到的纤
维空气分布系统下方区域气流汇集程度大于其他2种方法,同时两侧区域形成的气流漩涡区域也大于其他2种方法得到的
漩涡区域。这与图2和图3~图5得到的结果相一致。
表1给出了3种描述方法所需的计算资源,包括计算区域、网格数和迭代步数。从表1可以看出,采用有效面积法
和平均流速法时,计算区域、网格类型相同,网格数和计算步数也相差不大。而直接描述法因考虑了纤维空气
分布系统空腔和纤维结构层内气流的流动,需要增加2,193,342的结构网格数,网格数和计算迭代步数比有
效面积法分别增加了270%和197%,比平均流速法分别增加了216.3%和200%。
4.结论
对渗透式纤维空气分布系统物理模型采用了直接描述法、平均流速法和有效面积法等3种方法进行描述。通过
典型截面上气流速度分面,以及相应计算所需资源对比分析,发现:
1)直接描述法、有效面积法和平均流速法能获得相似的室内气流场分布预测结果;
2)直接描述法考虑了纤维空气分布系统结构参数的影响,需要消耗较多的计算资源;
3)平均流速法需要较少的计算资源,但仍需要考虑纤维孔隙率;
4)有效面积法不仅需要较少的计算资源,而且不需要考虑纤维孔隙率,适合工程设计中快速预测基于
渗透式纤维空气分布系统的室内气流场分布,评价空调方案的优劣;
5)渗透式纤维空气分布系统出风流速低,浮升力的影响较大,后续将开展非等温条件下3种方法对气
流场分布特性预测结果的差异性。
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