基于CFD的室内热环境模拟研究.pdf

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1、基于CFD的室内热环境模拟研究徐薇(中国建筑西南设计研究院有限公司重庆分院，重庆400020)摘要：本文首先对室内热环境的评价指标和热舒适的定义作了简单概述，然后以现场测试过的房间为模型房间，建立相应的数学模型，并以测试到的一部分参数为边界条件，采用CFD程序里的k一8方程模型对重庆大学学生寝室室内热环境参数分布进行了模拟，并结合现场测试结果进行比较分析，表明温度场的实验结果与模拟分析结果趋于一致，说明本文对室内热环境的模拟过程的数学模型是合理的。最后，对房间温度场和速度场的模拟结果进行了分析，同时对房间不同时刻模拟计算所得的模拟数据进行比较分析，指出室

2、内热环境发生变化的原因，并得出寝室热舒适的评价。关键词：CFD；室内热环境；热舒适；数值模拟中图分类号：Tulll．I文献标识码：B文章编号：1672—401l(2012)01—0044—041概述随着我国经济的不断发展，人民生活水平日益提高，人们对居住建筑的要求也逐渐提高，人们对住宅建筑的要求已不仅限于能遮风挡雨，而且要宽敞明亮、温湿度适宜，使居住者感到温馨舒适，即人们更加关注影响人体热感觉、热舒适的居室热环境指标⋯。国际上通用的热舒适的定义是1970年由美国采暖、制冷和空气调节工程师学会(ASHARE)C21给出的：“热舒适是人对环境在心理状态上感到

3、满意。”从热舒适的定义我们知道热舒适是一个很难准确定义的概念，是人们在众多因素作用下的主观反应，它涉及的范围很广。从大的方面讲，其影响因素可分为两大类：热因素和非热因素。所谓热因素是指在热平衡方程中考虑到的因素。归结起来，即：空气温度，空气湿度，平均辐射温度，空气流速及人的活动水平和人体的着装。其中前四个是与环境有关的因素，后两个是与人有关的因素。前四个因素对人体的热平衡产生影响且在各要素间很大程度上是可以互换的，某一要素的变化所造成的影响常常可以为另一要素相应的变化所补偿。人体散热量是不可控制的，但是人体散热量受到上述6个因素的共同影响，其中最主要的是

4、温度变量，因此热舒适性研究的主要工作是确定热舒适温度变量。2CFD简介CFD的全名是ComputationalFluidDynamics，主要用于解决工程中的流体和传热问题，目前比较好的CFD软件有：Fluent、CFX、Star—CD、Phoenics‘3】，除了Fluent是美国公司软件外，其它三个都是英国公司的产品。CFD软件结构基本一致[41，见图I。图ICFD软件一般结构可见CFD软件由前处理器(Preprocessing)、求解器(compute蚰result)、及后处理器(Postprocessing)等三大模块组成，各个模块的作用为：前处

5、理器通常要生成计算模型所必需的数据，这一过程通常包括建模，数据录入(或者从CAD中导人)，生成网格等；做完了前处理后，CFD的核心求解器(SOLVER)将根据具体的模型，完成相应的计算任务，并生成结果数据；后处理过程通常是对生成的结果数据进行组织和诠释，一般以直观可视的图形形式给出来，如给出速度场、温度场、压力场、浓度场及其它参数的可视化结果及动画处理。3室内热环境数值模拟3．1实验测试3．1．1实验目的与方法本次实验目的在于准确测量寝室的室热环境参数，为数值模拟提供边界参数和实验验证参数，为以后采取相应具体措施更进一步提高寝室内热环境质量提供参考。由于

6、不同的寝室处在不同的地理位置，具有不同的室热环境，所以必须选择一些具有代表性的寝室来进行研究。选择的寝室是重庆大学B区7舍330室，7舍属于七人间宿舍。7舍其四周没有什么大的遮挡建筑。此寝室位于宿舍三楼最西端，到了下午临近晚上的时间，太阳直射西墙，西墙的温度会比其他内墙的温度高，这对室内热环境肯定会有一定的影响。寝室的房间结构图如图2所示。图2寝室房间结构图3．1．2测点的布置本次实验需要测试的即物理环境参数，各测试参数(指标)及测试仪器如表1所示。为了便于模拟，测点的布置必须满足要求。由于温度场的模拟在热环境模拟中占较为重要的地位，所以在测点布置中必须

7、着重考虑温度传感器的位置布置。各测点布置图如图3所示。衰l实验测试参数及嗣试仪曩仪器型号数据记录测试参数测试仪器(量程精度)采集方法室内、外干铜一镰铜热一270—5∞℃多功能智能数据采集仪球温度电偶(0．2qC)监测采集物墙面、天板、铜一镰铜热一270一5∞℃多功能智能数理地表温度电偶(0．20C)据采集仪环监测采集境室内、外空参毛发湿度计人工记录数气相对温度室内、外空气压力空盒气压计人工记录室内、外空热球式电风Tert04250一20m／s人工记录气流速速仪(±0．05Ⅱ∥8)圈3测点布置立、平面图3．2实验房间模拟3．2．1简化实验房间模型按照学生寝

8、室的实际尺寸6．0×3．6×3．2(m)进行模拟。分寝室门开启和关闭时两种情况，