高大空间建筑气流组织的CFD模型实验与现场测试实验研究.doc

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1、高大空间建筑气流组织的CFD模型实验与现场测试实验研究由世俊王海霞董玉平摘要：高大空间建筑空调系统初投资昂贵，运行能耗巨大，因此在设计时有必要对设计方案、气流组织、热舒适性等加以模拟预测。本文以天津国际展览中心扩建工程B展厅为研究对象，对无回风管道的上送上回夏季空调系统现状的气流组织进行现场测试，并以实测数据作为边界条件，利用Fluent公司推出的专业软件Airpak2.1对其现有的空调系统气流组织、温度场和速度场以及热舒适性与气流组织进行了模拟研究。通过对两者分析比较，验证了CFD模型实验的准确性、切实可行性，指出利用现有的CFD软件模拟对高大空间建筑空调系统节能与优化设

2、计具有重要的指导意义。关键词：高大空间气流组织热舒适CFD模拟0.前言随着社会进步和人民生活水平的提高，对功能合理、质量上乘、环境舒适的公共活动空间的需求日益增加，此类空间多属于高大空间建筑。高大空间建筑的空调系统无论在初投资还是运行费用上都比较大，因此在方案的选择上要慎重，有必要在设计前对系统方案进行模拟分析，实现设计方案的优化和空调系统的节能。本文以天津国际展览中心新馆B展厅为研究对象，利用Fluent公司推出的Airpak2.1专业软件对其空调系统设计方案的气流组织和热舒适性进行了模拟研究，与现场测试结果进行分析比较，验证了用CFD模型实验的正确性和切实可行性，所得结

3、论为高大空间建筑空调系统优化设计、预测气流组织和热舒适提供了可靠的理论依据和指导方法。1.研究对象概况本文以天津国际展览中心扩建工程Ｂ展厅为研究对象，该展厅空调面积为5346m2，净长99米，宽54米，高18米（机房侧10高，有9米宽二层走廊）。采用全空气送风的空调系统；该展厅空调区独立，空调系统独立，防火分区独立。夏季负荷1290kW；新风量51000m3/h，排风量51000m3/h。夏季室内设计温度26℃，相对湿度65％。目前展厅空调送风现状为上送上回全空间空调：送风量255000m3/h，回风量204000m3/h，3台空调机组，每台额定风量85000m3/h；设6

4、6个Φ630mm旋流送风口，每个作用面积9m×9m＝81m2，风口距地面13米。新风与回风混合经表冷器处理后送入展厅。展厅不设回风管道，靠近空调机房的风管道竖井设有回风口，连接空调机组回风口。2.现场测试42.1测试条件测试时B展厅接近空负荷状态，展厅内只有一些人在打羽毛球、十几个工作人员和九个测试人员及协助测试人员。空调机组没有正常运行，送风速度相当小，送风温度很高，几乎没有冷量，几乎没有除湿。最恶劣的是展厅的门窗并没有关严，甚至室内相邻墙（防火墙）亦没有降落，相当于与其它展厅相通。尽管如此并不妨碍与模拟结果进行比较。2.1测试内容天津市国际展览中心新馆B展厅空调气流组织

5、，即空调送风温度场和速度场，展厅围护结构各壁面温度、风口周围各离散点的风速、温度、室内温湿度、室外温湿度。2.2实验仪器与装置实验中风速和空气温度分别采用热线式风速仪（测试范围：风速VL0.1～4.99m/s，VH5～50m/s；温度0～99.9℃；测试精度：风速±2％FS，温度±1℃）、数字风速测量仪（测试范围：0.4～30.0m/s；测试精度：0.1m/s；）、多通道微风速仪（测试范围：风速0～1.0m/s和0～10.0m/s，温度0～50.0℃；测试精度：风速±（指示值的5％+0.1m/s），温度±1℃）测量。展厅围护结构的壁面温度用非接触温度计（测试精度：±1℃）测

6、量。室内外的湿度采用阿斯曼干湿球温度计测量。2.3测试方案展厅按照长（Z方向）、宽（X方向）、高（Y方向）建立坐标。在此仅给出测试方案，与后面模拟研究有关的测试结果在下文中给出，其余众多数据不再赘述。3.测试条件下的CFD模拟研究3.1模型建立考虑到计算机内存和计算速度，减少生成网格的数目，节省运算时间，在不影响计算结果的前提下，对物理模型进行合理的简化，边界条件按照实际测得数据设定，模型见图6。展厅机房侧有长宽高9m×54m×10m的办公室和机房，用长宽高9m×54m×10m4block代替不作为研究范围。回风口在环境压力、温度条件下回风。人体负荷按轻劳动强度、环境温度成

7、年男子显热散热量58W/人计算，人流密度0.8人/m2,群集系数按百货商店计算，取0.89，人体总散热为240838.272W。人体模型简化成33组长（X方向）宽（Z方向）高（Y方向）45m×0.4m×1.8mblocks，每组热量7298W,沿展厅长（Z方向）均布在地面，间隔为3米。照明负荷按设计院提供的30W/m2，照明总负荷为174960W，简化成9组长（Z方向）宽（X方向）高（Y方向）108m×0.85m×0.2m的blocks，每组负荷为17820W，block设在13m高度处。图6夏季模型图3.2模拟计