1.项目说明
CFD软件是计算流体力学(Computational fluid Dynamics)软件的简称,是专门用来进行流场分析、流场计算、流场预测的软件。通过CFD软件,可以分析并且显示发生在流场中的现象,在比较短的时间内,能预测性能,并通过改变各种参数,达到最佳设计效果。CFD的数值模拟,能使我们更加深刻地理解问题产生的机理,为实验提供指导,节省实验所需的人力、物力和时间,并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用。
针对某体育馆空调设计方案,对其进行了织物空气分布系统设计(织物空气分布系统设计可参考图纸)。根据体育馆大空间的温湿度需求以及气流组织设计要求,纤维空气分布系统的出风模式采用射流出风模式。通过射流出风,射流喷口对大空间、远距离进行大风量送风。射流喷口在空气分布器上成排设计。射流喷口对气流加速,从而提供非常远的射程。针对体育馆空调设计方案进行了气流组织模拟,模拟结果表明该出风方案设计符合体育馆对制冷及制热送风的用能需求。
2.模拟方案说明
在实际应用中,空气分布系统上布置的射流喷口较多,且射流喷口跟体育馆大空间相比,尺寸较小。因此使用体育馆三维模型进行模拟时,模拟网格划分时间较长且繁琐,模拟计算时间根据以往经验相对较长。由于本模拟方案只为研究热风出风效果,考虑到以上几点,因此将体育馆模型做了二维简化。图1是体育馆二维简化模型。在图1中二维结构是根据体育馆实际尺寸进行建立结构模型的,空气分布系统几何尺寸及位置尺寸也严格按照图纸设计中参数进行建模。
主要参数设置:
1.选取K-E双方程模型,理想不可压缩气体。
2.送风温度为300K(27℃)。
3.回风口位体院馆中部位置。
4.边界条件的设置:壁面设置为定热流密度边界条件,分别设置了相应的热负荷。设置地面边界条件时考虑人员负荷的影响,在维护结构热流密度基础上增加因人员活动带来的额外部分热流量;屋顶增加灯光设备散热带来的额外热流。
图1体育馆结构模型
图2是对几何结构进行的网格划分。针对射流喷口及回风看进行了网格加密,使模拟结果更加准确。
图2 体育馆结构模型网格图
射流喷口送风速度根据不同的项目场合以及设备参数进行优化设计,射流喷口送风速度根据不同的空气分布器设计参数最高可达到20m/s,本模拟过程中采用了不同的出风速度进行模拟,入口边界条件为速速入口。模拟入口边界条件为:温度为300K的热空气,考虑重力作用。分别对体育馆的四壁进行设置了不同的热负荷。模拟结果表明空气分布器射流送风模式完全可以满足送热风需求。图3是入口速度计算为5m/s的体育馆速度场模拟结果。图4是速度矢量图,从图中可看到流场中每个位置处的速度方向及速度大小,在工作区内可看到是无0值的。图5是入口速度计算为5.48m/s的速度场模拟结果。对比图3、图4、5当降低入口速度设置时,体育馆工作区的速度场的风速都在降低。图6是图5条件下计算得到的温度场,因为空气分布器只考虑为体育场区空调区域,从图中可看到,体育场区的温度场是符合设计要求的。如果在模拟过程中将观众区送风组织合理设计,场区是完全可以达到温度分布均匀效果。
以上所模拟结的结果是在一定的室内外初始温度,并经过相应的简化,且模拟过程认为空间封闭等条件下得到的。实际送风过程可能会有所差别。但是整体速度、温度变化趋势还是相对准确的,模拟结果可以为纤维风管辅助设计,并为其效果验证提供一定的指导作用。
根据暖通规范中对体育馆的送风速度的规定,选配适用的射流喷口,完全满足送热风需求。
图3 入口5m/s速度场
图5 入口5.48m/s 速度场
图6 入口风速为5.48m/s的温度场模拟图