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1、1 室内空气流动数室内空气流动数室内空气流动数室内空气流动数 值模拟值模拟值模拟值模拟 李先庭李先庭李先庭李先庭 赵彬赵彬赵彬赵彬 清华大学清华大学清华大学清华大学 建筑学院建筑学院建筑学院建筑学院 建筑技术科学系建筑技术科学系建筑技术科学系建筑技术科学系 2005200520052005年年年年 2 第三章第三章第三章第三章 室内空气流动模拟的室内空气流动模拟的室内空气流动模拟的室内空气流动模拟的 区域模型区域模型区域模型区域模型 3 本章内容本章内容本章内容本章内容 3 1 3 1 3 1 3 1 传统区域模型的方法和应用传统区域模型的方法和应用传统区域模型的方法和应用传统区域模型的方法和
2、应用 3 1 1 3 1 1 3 1 1 3 1 1 区域模型的基本概念区域模型的基本概念区域模型的基本概念区域模型的基本概念 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 区域模型的基本方法区域模型的基本方法区域模型的基本方法区域模型的基本方法 3 1 3 3 1 3 3 1 3 3 1 3 应用示例 自然通风和机械通风应用示例 自然通风和机械通风应用示例 自然通风和机械通风应用示例 自然通风和机械通风 3 2 3 2 3 2 3 2 新的区域模型和应用新的区域模型和应用新的区域模型和应用新的区域模型和应用 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 新的区域模型 分区和流量计算新的区
3、域模型 分区和流量计算新的区域模型 分区和流量计算新的区域模型 分区和流量计算 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 模型的应用 室内模型的应用 室内模型的应用 室内模型的应用 室内COCOCOCO 2 2 2 2 分布的模拟分布的模拟分布的模拟分布的模拟 4 3 1 3 1 传统区域模型的方法传统区域模型的方法传统区域模型的方法传统区域模型的方法 和应用和应用和应用和应用 5 3 1 1 3 1 1 区域模型的基本概念区域模型的基本概念区域模型的基本概念区域模型的基本概念 区域模型的简单历史 区域模型的简单历史 区域模型的简单历史 区域模型的简单历史 197019701970197
4、0年代首先由年代首先由年代首先由年代首先由LebrunLebrunLebrunLebrun提出 描述住宅房间内的提出 描述住宅房间内的提出 描述住宅房间内的提出 描述住宅房间内的 温度分层现象 预测房间温度 能源效率 热舒适温度分层现象 预测房间温度 能源效率 热舒适温度分层现象 预测房间温度 能源效率 热舒适温度分层现象 预测房间温度 能源效率 热舒适 度及空气质量度及空气质量度及空气质量度及空气质量 此后广泛发展 主要应用于 自然通风和机械通风此后广泛发展 主要应用于 自然通风和机械通风此后广泛发展 主要应用于 自然通风和机械通风此后广泛发展 主要应用于 自然通风和机械通风 室内环境的模拟
5、室内环境的模拟室内环境的模拟室内环境的模拟 研究焦点 分区方法和流量计算 不同应用领域研究焦点 分区方法和流量计算 不同应用领域研究焦点 分区方法和流量计算 不同应用领域研究焦点 分区方法和流量计算 不同应用领域 近年新进展 与近年新进展 与近年新进展 与近年新进展 与CFDCFDCFDCFD结合 如结合 如结合 如结合 如MITMITMITMIT的工作的工作的工作的工作 2001200120012001 用于模拟室内颗粒浓度或生物污染物的 用于模拟室内颗粒浓度或生物污染物的 用于模拟室内颗粒浓度或生物污染物的 用于模拟室内颗粒浓度或生物污染物的 分布 如分布 如分布 如分布 如UC Berk
6、eleyUC BerkeleyUC BerkeleyUC Berkeley和清华大学的工作和清华大学的工作和清华大学的工作和清华大学的工作 2003 2003 2003 2003 6 区域模型的基本思想 区域模型的基本思想 区域模型的基本思想 区域模型的基本思想 把每个房间划分为有限的不同区域把每个房间划分为有限的不同区域把每个房间划分为有限的不同区域把每个房间划分为有限的不同区域 zone zone zone zone 每个区 每个区 每个区 每个区 域内的空气物理参数如温度 湿度 污染物浓度域内的空气物理参数如温度 湿度 污染物浓度域内的空气物理参数如温度 湿度 污染物浓度域内的空气物理参
7、数如温度 湿度 污染物浓度 均匀一致均匀一致均匀一致均匀一致 每个区域满足空气质量流量 组分质量 能量的每个区域满足空气质量流量 组分质量 能量的每个区域满足空气质量流量 组分质量 能量的每个区域满足空气质量流量 组分质量 能量的 平衡 建立相应的平衡方程求解每个区域的空气平衡 建立相应的平衡方程求解每个区域的空气平衡 建立相应的平衡方程求解每个区域的空气平衡 建立相应的平衡方程求解每个区域的空气 参数参数参数参数 区域之间的流量计算通过辅助手段获得 区域间区域之间的流量计算通过辅助手段获得 区域间区域之间的流量计算通过辅助手段获得 区域间区域之间的流量计算通过辅助手段获得 区域间 压差或流动
8、关系来计算压差或流动关系来计算压差或流动关系来计算压差或流动关系来计算 7 SCmCm dt dC m inb i nbi inb inb inb i i dC t dt A t C t DC0 Eu Ci Cj 基本前提 基本前提 基本前提 基本前提 1 1 1 1 认为各区域内空气温度 密度等参数均匀一致 认为各区域内空气温度 密度等参数均匀一致 认为各区域内空气温度 密度等参数均匀一致 认为各区域内空气温度 密度等参数均匀一致 2 2 2 2 各区域直接相连的边界流体可以有穿过 各区域直接相连的边界流体可以有穿过 各区域直接相连的边界流体可以有穿过 各区域直接相连的边界流体可以有穿过 3
9、 3 3 3 各区域设有独立的定压点 各区域设有独立的定压点 各区域设有独立的定压点 各区域设有独立的定压点 4 4 4 4 各区域内流体沿高度方向压力分布符合静水力学规律 各区域内流体沿高度方向压力分布符合静水力学规律 各区域内流体沿高度方向压力分布符合静水力学规律 各区域内流体沿高度方向压力分布符合静水力学规律 8 区域模型的基本特点 区域模型的基本特点 区域模型的基本特点 区域模型的基本特点 计算量比计算量比计算量比计算量比CFDCFDCFDCFD大大减少大大减少大大减少大大减少 房间节点数比房间节点数比房间节点数比房间节点数比CFDCFDCFDCFD大大大大大大大大 减少 且方程线性较
10、好减少 且方程线性较好减少 且方程线性较好减少 且方程线性较好 比集总参数模型结果详细 不及比集总参数模型结果详细 不及比集总参数模型结果详细 不及比集总参数模型结果详细 不及CFDCFDCFDCFD结果详尽结果详尽结果详尽结果详尽 适合动态分析 如长时间范围内室内环境参数的适合动态分析 如长时间范围内室内环境参数的适合动态分析 如长时间范围内室内环境参数的适合动态分析 如长时间范围内室内环境参数的 变化规律变化规律变化规律变化规律 9 3 1 2 3 1 2 区域模型的基本方法区域模型的基本方法区域模型的基本方法区域模型的基本方法 区域模型模拟室内环境的基本步骤 区域模型模拟室内环境的基本步
11、骤 区域模型模拟室内环境的基本步骤 区域模型模拟室内环境的基本步骤 1 1 1 1 分区 将房间划分为不同的区域分区 将房间划分为不同的区域分区 将房间划分为不同的区域分区 将房间划分为不同的区域 zone zone zone zone 2 2 2 2 区域之间气流量的计算 计算区域之间空气流量区域之间气流量的计算 计算区域之间空气流量区域之间气流量的计算 计算区域之间空气流量区域之间气流量的计算 计算区域之间空气流量 交换量交换量交换量交换量 3 3 3 3 建立各个区域的空气参数平衡方程建立各个区域的空气参数平衡方程建立各个区域的空气参数平衡方程建立各个区域的空气参数平衡方程 4 4 4
12、4 联立求解平衡方程组得到结果联立求解平衡方程组得到结果联立求解平衡方程组得到结果联立求解平衡方程组得到结果 10 1 1 分区分区分区分区 分区合理与否 区域内的空气参数分区合理与否 区域内的空气参数分区合理与否 区域内的空气参数分区合理与否 区域内的空气参数接近接近接近接近均匀均匀均匀均匀 一致一致一致一致 区域数目的原则 反映室内空气参数分布主区域数目的原则 反映室内空气参数分布主区域数目的原则 反映室内空气参数分布主区域数目的原则 反映室内空气参数分布主 要特征的前提下尽量少要特征的前提下尽量少要特征的前提下尽量少要特征的前提下尽量少 传统区域模型中两种主要的分区方法 传统区域模型中两
13、种主要的分区方法 传统区域模型中两种主要的分区方法 传统区域模型中两种主要的分区方法 粗网格划分粗网格划分粗网格划分粗网格划分 比 比 比 比CFDCFDCFDCFD粗得多的网格分区粗得多的网格分区粗得多的网格分区粗得多的网格分区 依流动特征按经验划分依流动特征按经验划分依流动特征按经验划分依流动特征按经验划分 基于对室内流场的初步 基于对室内流场的初步 基于对室内流场的初步 基于对室内流场的初步 认识或经验分区 如高大空间温度分层的垂直分认识或经验分区 如高大空间温度分层的垂直分认识或经验分区 如高大空间温度分层的垂直分认识或经验分区 如高大空间温度分层的垂直分 区 机械通风的射流区等区 机
14、械通风的射流区等区 机械通风的射流区等区 机械通风的射流区等 11 粗网格分区 无明确物理意义粗网格分区 无明确物理意义粗网格分区 无明确物理意义粗网格分区 无明确物理意义 12 按流动特征分区 有潜在的分区依据按流动特征分区 有潜在的分区依据按流动特征分区 有潜在的分区依据按流动特征分区 有潜在的分区依据 13 2 2 区域之间的流量计算区域之间的流量计算区域之间的流量计算区域之间的流量计算 区域间的流量计算是区域模型的难点和关键区域间的流量计算是区域模型的难点和关键区域间的流量计算是区域模型的难点和关键区域间的流量计算是区域模型的难点和关键 受气流形式 主导传热方式等因素影响 比受气流形式
15、 主导传热方式等因素影响 比受气流形式 主导传热方式等因素影响 比受气流形式 主导传热方式等因素影响 比 较复杂较复杂较复杂较复杂 常用方法 常用方法 常用方法 常用方法 CFDCFDCFDCFD计算获得 较可靠但依赖计算获得 较可靠但依赖计算获得 较可靠但依赖计算获得 较可靠但依赖CFDCFDCFDCFD 耗时复杂 耗时复杂 耗时复杂 耗时复杂 实测 边界不确定 困难实测 边界不确定 困难实测 边界不确定 困难实测 边界不确定 困难 理论计算理论计算理论计算理论计算 较为可行的方法 较为可行的方法 较为可行的方法 较为可行的方法 14 区域间流量计算时区域及其边界的分类区域间流量计算时区域及
16、其边界的分类区域间流量计算时区域及其边界的分类区域间流量计算时区域及其边界的分类 常规区域和普通边界常规区域和普通边界常规区域和普通边界常规区域和普通边界 不受射流影响 区域之间流动主要靠压 密度 不受射流影响 区域之间流动主要靠压 密度 不受射流影响 区域之间流动主要靠压 密度 不受射流影响 区域之间流动主要靠压 密度 差驱动 流量和压差呈一定的非线性关系差驱动 流量和压差呈一定的非线性关系差驱动 流量和压差呈一定的非线性关系差驱动 流量和压差呈一定的非线性关系 特殊区域和特殊边界特殊区域和特殊边界特殊区域和特殊边界特殊区域和特殊边界 受射流如送风射流 热羽流的影响 或受边界层受射流如送风射流 热羽流的影响 或受边界层受射流如送风射流 热羽流的影响 或受边界层受射流如送风射流 热羽流的影响 或受边界层 影响 流量由相应的流动控制规律描述影响 流量由相应的流动控制规律描述影响 流量由相应的流动控制规律描述影响 流量由相应的流动控制规律描述 混合边界混合边界混合边界混合边界 区域边界部分为普通边界 部分为特殊边界的情区域边界部分为普通边界 部分为特殊边界的情区域边界部分为普通边界 部分为
