基于碰撞射流通风的室内空气品质数值模拟

摘要

随着人类生活水平的提高，人们对生活质量的要求越来越高，对室内空气品质的关心和警觉也日益增强。上世纪70年代全球能源危机以来，世界范围提倡并严格实施节能要求，对于暖通空调系统来说，它的能耗占建筑总能耗的30％～40％，做好暖通空调系统的节能工作是很关键的。因此，如何能够成功地解决热舒适性和室内空气质量问题，又能够不消耗过多的能量，就成为一个具有挑战性的课题。碰撞射流通风作为一种全新的通风方式，具有降低能耗、提高室内空气品质的优势，因此，针对碰撞射流通风的研究很有现实指导意义。
　　 本文研究室内碰撞射流通风系统的特性，运用理论分析和数值模拟相结合的研究方法，建立了室内碰撞射流通风的流体动力学模型，数值模拟了室内气流组织、热舒适性和室内空气品质等问题。主要研究工作如下：
　　 (1)本文运用K-ε两方程湍流模型与SIMPLE算法对室内气流组织进行三维数值模拟，边界条件采用了K-ε模型结合壁面函数的方法设置处理。同时对方程的离散、方程组的耦联求解和SIMPLE算法等数值计算做了分析探讨，并对湍流及其模型等问题进行了论述。
　　 (2)碰撞射流通风房间夏季供冷时，分别改变送风温度、送风速度和送风口大小，对室内速度场、温度场、PMV-PPD和空气龄进行数值模拟。结果表明送风温度升高时，相同位置的气流温度有所升高，垂直方向上温度梯度变小；送风速度升高时，并没有改变房间内整个速度场的具体走势，而只是改变了房间内具体某一点的速度值，且射程也会随送风速度的增大而减小；送风口大小改变时，本不会改变室内气流组织，只是此时送风量变化而对室内空气品质和热舒适性有较大影响。
　　 (3)碰撞射流通风房间冬季供热时，分别以不同的送风温度和送风速度，对室内速度场、温度场、PMV-PPD和空气龄进行数值模拟。结果表明冬季供暖靠近房间地板新鲜空气直接送达的速度场会明显分为两层，且在水平方向呈现温度梯度变化；送风温度增加会减小新鲜风能到达的最远距离，且会增加水平温差；送风速度增加时，房间相同位置的温度也会增加，同时射程也会随送风速度的增加而增大。