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一种利用流体力学模拟室内热环境的方法

一种利用流体力学模拟室内热环境的方法

本发明公开了一种利用流体力学模拟室内热环境的方法,包括以下步骤:根据设计方案,对全空气系统即各层顶部布置风口、气流场、空气龄的气流组织方式进行室内CFD模拟;经过模拟计算后,得出室内温度场、湿度场、PMV值及PPD值;分别进行分析、比较和评价,选出最优方式,对设计不当的地方提出修改意见,指导空调工程施工。本发明通过流体力学的计算机仿真,具有模拟真实条件的能力,完善模型以及边界条件保证模拟的准确性,能够较全面的了解不同边界条件下室内环境的情况,流体力学的计算可以为建筑设计提供大量的附加信息。此外,本发明符合日益重视绿色、环保和人群健康,强调以人为本的要求,在建筑设计中可以得到大力的发展。

式中,C为空气比热;P为空气密度(1.2kg/m3);V为送风量(m3/h),At为送风温差(°C);

通用微分方程包含变化率项、对流项、扩散项和源项,当Φ代表不同的物理量,并对扩散系数gamma和源项S作对应的调整变化可导出下述各项方程:

PHOENICS的离散方法采用有限体积法(FVM,即FiniteVolumeMethod),也称为控制体积法,其基本思路是:将计算区域划分为一系列不重复的控制体积,并使每个网格点周围有一个控制体积,将待解的微分方程对每一个控制体积积分,便得出一组离散方程,其中的未知数是网格点上的因变量O值的数值,为了求出控制体积的积分,必须假定O值在网格点之间的变化规律,即设定O值分段的分布剖面,从积分区域的选取方法看来,有限体积法属于加权余量法中的子区域法;从未知解的近似方法看,有限体积法属于采用局部近似的离散方法,简言之,子区域法加离散,就是有限体积法的基本方法,

根据设计方案,对全空气系统即各层顶部布置风口、气流场、空气龄的气流组织方式进行室内CFD模拟;

进一步、所述压力校正法采用的离散格式,缺省格式是上风与中心相结合的一阶精度杂交型格式,但备有多种一阶、二阶精度格式供选择,一阶上风格式守恒型低耗散格式,原理是将每个四方形单元用对角线拆分为4个三角形单元,称为X单元,再按上风格式计算对流通量。

将计算区域划分为一系列不重复的控制体积,并使每个网格点周围有一个控制体积,将待解的微分方程对每一个控制体积积分,便得出一组离散方程,其中的未知数是网格点上的因变量O值的数值,为了求出控制体积的积分,必须假定O值在网格点之间的变化规律,即设定O值分段的分布剖面。

虽然标准k_e两方程模型是应用最为广泛的湍流模型,它忽略了分子粘性,对于离开壁面一定距离以上的湍流区域具有相当高的适用性,但在与壁面相邻的粘性底层,由于Re数很低,必须充分考虑分子粘性的影响,所以必须对标准k_e两方程模型进行改进,对于与壁面接触的这部分区域的处理一般有两种方法,一种是采用低Re数模型,另一种则是用壁面函数法,由于粘性底层中的速度梯度极为陡峻,为了得到理想的解答,必须在粘性底层中布置极为细密的网格,需要花费较多的计算机资源,因此一般更为常用的是采用壁面函数法即在粘性底层的外边缘规定相应的边界条件,PH0ENICS中提供了以下4种壁面函数:①布拉修斯公式(Blasius)!②对数律(Log-1aw);③通用对数律(General-log-law);④完全粗糙对数律(Fully-rough),

作为本发明实施例的一优化方案,流体流动的控制方程为:

①购物中心中庭地下一层

边界条件:中庭夏季热源,根据负荷计算表,把人员负荷赋值在各层地面,灯光负荷赋值在各层吊顶上,计算供冷量; 模拟结果:模型网格数为100X100X100,计算迭代次数为3000次,判定是否收敛。

连续性方程:

进一步、所述流体流动的控制方程为:

温度场分布较为均匀,右边中段靠近自动扶梯B107和B108区域和左下中庭区域温度得到改善,在25.6°C左右,其他区域温度分布均匀,且在25°C左右,此温度场分布满足设计要求, b.速度场,室内空气速度场分布较均匀,平均风速均不超过0.3m/s,满足人的舒适性要求,属于正常设计范围内,

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