科技创新
TECHNOLOGICAL INNOVATION097
基于Fluent的室内空调布置方式的
研究及仿真
张冰洁
广东开放大学广东理工职业学院，广东 广州 510091
摘要：本文采用Fluent为模拟工具，针对某办公室的空调气流组织进行模拟研究，分析了空调送风在室内形成的温度场及速度场，为办公室的空调布置提供参考。关键词：室内气流组织；空调布置；Fluent模拟中图分类号：TP249 文献标识码：A
1室内空气气流组织方式调研
1.1室内空气气流组织方式
随着社会发展，人们对环境的舒适度要求越来越高。日常生活中会出现这样的情况，相同条件下，送、回风方式不同，会对空调效果产生不同的影响。因此，在空调房内合理布置送、回风口，进而使得工作区形成比较均匀而稳定的温湿度、气流速度、洁净度等，以满足人们对房间舒适度的需求[1]。
一般来说，室内气流按照送、回风方式的变化分为四种形式：混合流、短流、置换流、活塞流，其中，活塞流在实际生活中很少应用。通过对三种通风方式的调研可知，置换通风具有较高的通风效率，同时保证室内工作区实现较高的空气品质和热舒适性。1.2国内室内气流组织研究
基于空调的实际应用情况，很多国内外学者都曾针对气流组织与舒适性之间的关系开展了大量的研究。其中，国内学者主要通过调研、实验或模拟的方法，对不同通风方式进行模拟分析，为工程实际提供参考。比如，贾庆贤采用调查分析的方式，对自然风和机械风两种吹风模式进行了对比分析；袁东升通过数值模拟，提出同侧上送下回的送风方式更有利于产生理想的室内气流；赵云超考虑送风的角度和风速对气流的影响，并通过模拟的方式得到了合理数据；李萌颖模拟了家用分体式空调器工作时有无新风对室内气流的影响。
2数值模拟方式调研
2.1国外数值模拟研究进展
国外学者基于理论研究，早在1970年就有丹麦的学者Nielse PV首次运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）技术计算出了室内气流的射流速度，其结果与实验数据相差不大。1976年Chen基于三维计算，使用原始变量法模拟出了三维室内气流的运动。1983年Martin考虑采用CFD技术来优化大空间空调系统的设计，并计算出某大空间（电视播送室）内的室内气流分布情况。 1984年Ishihu和Kaneki利用CFD技术，通过分析室内污染物浓度的分布，研究如何提高室内通风效率问题。Chen Qingyan则在1988年分析并研究了建筑物能耗、室内空气流动、室内空气品质等问题。
对此，美国供暖、冷藏与空气调节工程师协会(ASHARE) 于19年成立了相应的研究机构，专门利用CFD方法预测室内空气流动，同时开展了“室内空气流动的数值计算”的研究课题，该课题较为系统、完整的研究了如何运用CFD方法来模拟室内空气流动的诸多问题，研究结果发表在了1994年的ASHARE杂志上。至此，CFD技术在空调领域内被推广开来，目前美国已开发出许多大型通用的CFD软件。2.2 国内数值模拟研究进展
国内关于CFD方面的数值模拟工作直到20世纪80年代才逐渐展开。一直以来，关于室内气流流动规
作者简介：张冰洁(1988- ），女，河南驻马店人，硕士研究生，讲师，研究方向：工业机器人技术。
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海峡科技与产业
律的研究主要集中在送风口射流问题上。但实际生活中，房间的内热源分布、强度大小、围护结构内表面与空气之间的对流、换热等，都会影响气流组织情况。因此，近年来，国内学者主要通过理论、实验、模拟等研究手段，致力于研究上述环境因素对气流组织的影响。
如顾瑞英和武文斐，针对内含集中内热源的房间，在给定的热源表面温度下，利用数值方法和k-ε方程湍流模型，求解出气流的速度分布和温度分布，同时研究了送风方式、送风量、热源表面温度、热源表面和壁体表面的黑度、室外环境通过壁体的传热等诸因素对室内气流组织的影响。张智等对挂壁式空调器在制冷/制热工况运行时的室内气流及温度分布进行了数值模拟分析，通过kε-湍流模型和非稳态求解方法得到了较为可靠的结论。此外，北京航空航天大学的庄达民和孟宪海则利用大涡模拟(LES)法求解出某空间的室内气流分布。
总体来看，针对某些场合的室内空调气流组织的模拟研究仍依托于Fluent软件，如刘芳的某数据中心室内空调气流组织的模拟研究，魁的机房列间空调气流组织数值模拟分析等，通过建立模型、网格划分、参数设置、模拟计算、结果分析，为相应的室内气流组织提供参考。
3 Airpak软件建立模型
3.1物理模型
以单人办公室为例，建立简化物理模型[2]。采用置换通风方式，设置2个送风口（opening1、opening1.2）、2个出风口（vent1、vent1.1）、1张桌子（block2）、1台电脑（pc）、2个照明灯（lamp1、lamp1.2）、1名工作人员（person3），如图1所示。
图1 办公室空调布置物理模型
2019年第1期
3.2网格划分
采用Hexa-unstructured网格类型，对模型进行网格划分，并对热源设置优先权，使得局部网格加密，具体内容如图2所示。最后，检查网格质量，Face alignment及Quality均接近1，网格质量良好。
图2 局部加密网格划分
3.3参数选取
模型设置时，视室内空气为透明介质，忽略辐射模型；湍流模型选择了RNG模型；采用有限体积法离散控制方程，离散格式为一阶迎风格式。
4 Fluent计算结果分析
4.1室内气流温度及速度
由室内气流温度场及速度场的模拟仿真结果可知[3]，采用置换通风方式可产生较为均匀的室内气流。此外，受室内照明灯的影响，其附近气流温度及速度较高，如图3和图4所示。
图3 室内气流温度场 图4 室内气流速度场
4.2送风口的气流温度及速度
截取送风口所在高度平面，观察送风口气流，靠近出口处由于气流温度低、速度快；在向空间扩散的过程中，速度降低，温度升高，整体气流分布规律如图5和图6所示。
图5 送风口气流温度场 图6 送风口气流速度场
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科技创新
TECHNOLOGICAL INNOVATION101
设工程中，双炬焊接系统发挥重要作用，由于其具有全自动特点，能够促使4个焊头进行工作，对起点进行合理确定，起点为管道顶点，焊头呈现合理分布状态，开展焊接活动时焊炬同时工作。施工过程中需要注重4个焊头的整体协作问题，在同一层进行施工时，要合理安排焊头之间的焊接时间，不可发生冲突。在不同层中要将引弧位置纳入考虑范围，避免使焊接位置产生冲突。另外，要对海洋工程设备的柔性进行，强化柔性性能，提升海洋工程装备制造水平。2.7培养海洋工程装备焊工技能与素养
导管架平台是一种空间构架，主要由钢管组成，采用焊接技术将钢管进行连接，其中涉及的主要焊接活动为对大型管之间的交点进行焊接，钢管的管壁具有一定的厚度。焊接工作并不简单，需要投入较多的人力、物力等资源，并且交点容易出现焊接问题，因此对于该部位的焊接施工有着较严格的要求。因此，需要运用科学方法对钢管之间节点上的承载受力进行确定，明确受力数值。焊接类型包括全部、部分、角等。进行焊接活动的工人人员要具备专业的焊工证书。在掌握一定基础理论的基础上保障焊接质量。
3结语
在海洋工程装备制造发展中，仍需要加大研发力度，不断对关键技术进行升级，提升装备核心部件的性能，解决在海洋资源开采中遇到的难题。要抓住时代发展机遇，推动海洋工程行业的发展，促使其完成转型。重视现代化科学技术，深入研究焊接技术，选择优秀焊工，对焊工资质进行合理评定，提升海洋工程装备制造技术水平。科学的焊接工艺能够保证焊接装备的性能，提高装备的安全性，适应海洋工程的发展趋势，促使其朝更加智能的方向发展。参考文献
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（上接第98页）
5结语
此研究成果得到了广泛的应用。采用专业软件Airpak建立模型，结合Fluent进行迭代计算，可得到误差较小的数据，为室内气流组织提供依据。通过对某办公室的建模和计算，验证了Airpak和Fluent可以较好地实现数值模拟，但是模型参数和计算参数的选取对计算结果会造成一定偏差，需要进一步探索。
参考文献
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