壁面温度对室内空气流动过程的影响

壁面温度对室内空气流动过程的影响摘要：为了分析在进风位置、进风温度以及射流方向不同的条件下，房间壁温对室内空气流动的影响 ，利用 CFD 计算、流动可视化和定量测量相结合的办法讨论了不同工况下室内空气的流动形态、速度以及模型整体换热情况。结果表明：进风温度变化时，壁面温度对水平送风方式下的空气流动形态影响较大，对垂直送风方式影响较小；进风温度的降低引起水平进风方式的自由射流区缩短，右侧垂直进风方式下射流向右侧壁面偏转，同时浮升力引起的自然对流作用增强，换热温差加大，增加了围护结构漏热量。关键词：空调通风；流动形态；CFD 模拟；可视化实验通风空调房间内的空气温度、流速以及污染物浓度等对建筑物能耗、室内空气品质和人体健康至关重要。自 20 世纪 40 年代以来，讨论人员运用不同方法来预测机械通风房间内的气流组织结构 [1-6]。Chen Qinyan[3,4]利用 CFD 模拟讨论了不同的通风方式、风口结构对房间内空气流动的影响；Fitzner[5]通过原型实验得出室内气流主要受风口结构、位置，空气流速以及房间热负荷的影响，而排风口位置对其影响较小；Zhang[6]实验讨论了水平送风条件下，不同进口风速、温度以及房间热负荷对室内空气速度和湍流特性的影响。然而，在进风口位置、进风射流方向以及进风温度不同的条件下，房间壁面温度对室内空气流动形态的影响规律未作具体讨论。本文通过 CFD 模拟和可视化模型实验相结合的办法讨论了不同的风口位置、射流方向以及进风温度下，房间壁面温度对室内空气流动过程的影响。1 实验模型及数值模拟方法设定如图 1 所示的坐标系统，模型的在 x、y、z 方向的长度分别为 1.2 m、0.6 m 和 0.8 m，为了便于进行流场可视化讨论，模型主体采纳有机玻璃加工。考虑到大部分房间只有一面墙为外墙，其余墙面都为内墙，且内墙可近似认为是绝热边界条件，所以在本实验中只图 1 实验模型结构示意图将左壁面（x=0 m）设为加热壁（模拟外墙），为了维持恒壁温条件，提高温度均匀性，设计了由薄膜加热器和厚 4 mm 导热铝板组成的复合加热板，通过调节输入电压可以控制实验所需的壁温，而模型的其他外表面通过粘贴厚度为 100 mm 的保温材料来模拟绝热边界条件。本文讨论 A、B 两种不同位置的进风方式，风口尺寸都为 240 mm×24 mm，且以 z=0.4 m 的平面前后对称。其中进风口 A 设在 x=1.2 m的平面，水平中心线距模型顶面 0.1 m；进风口 B 设置在 y=...