碰撞射流气流形态与特征的影响因素分析

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我国夏热冬冷地区建筑冬季普遍采用空调系统供暖,而空调系统常用设计通风方式和气流组织一般以夏季工况为主,故冬季时,由于热浮力的作用导致送风热量过多地分布在房间的上部空间,从而降低了热风的能源利用率和室内热舒适性。因此,对冬季空调房间气流组织形式的研究显得十分必要,分析相应的人体热舒适,针对现有空调设计提出改进措施,使之能够在不影响夏季效果的同时满足冬季的使用要求。本文针对空调房间采用碰撞射流通风方式冬季工况时,房间的外部几何条件、送风管道、送回风口位置以及不同送风气流参数进行了CFD模拟,通过对比分析这些因素对室内流场、温度场以及室内人员热舒适度等的影响找出对室内气流速度、温度分布影响效果较大的因素,并对影响较大的因素加以着重研究,对其人体脚踝处平面及呼吸平面上的温度和风速沿着房间进深方向的分布以及沿着房间高度方向的分布进行了详细的分析。结果表明,风管内部粗糙度、送风口湍流度、房间层高以及回风口位置工况对室内气流速度场、温度场和室内人员吹风感的影响很小。而送风口高度、送风管道沿立柱设置方式、送风口不同几何形状、送风口大小以及不同送风气流参数作用对碰撞射流室内气流组织有较大的影响作用。主要表现在:增加送风口高度后,气流扩散距离明显缩短,扩散区面积减小。近地面气流速度降低。气流上升位置提前。且在增加送风口高度会使气流扩散区内部送风口附近值大于2K,产生较热的不适感。风管两侧布置时沿X方向气流沿地面扩散距离较远,但扩散气流速度基本一致。而Y方向气流地面扩散距离较短。两侧布置风管方式在Y方向上对房间内的温度影响较小,扩散区内有较明显的温度分层现象,而房间绝大部分空间处于较低温度。不同几何形状送风口对于会影响地面扩散区域形态,而且特殊外形(如菱形送风口)会使气流扩散距离明显降低。方形送风口室内气流温度分布较均匀,而菱形送风口高温气流未与室内充分换热,使扩散区和外部空间温差过大。不利于室内热量的充分利用和提高室内人员的舒适性。保持送风速度不变时增加送风口面积会使通气量增加。扩散距离增加,且扩散区内平均温度温度也会提高,温度分层效果和分层现象影响范围增加。保持送风量不变情况下增加送风口大小会使送风速度降低,进而使气流扩散距离减小。保持速度不变时增加送风口面积会使气流扩散区内值明显增加,而保持速度不变时增加风口面积会使房间一般区域和扩散区温差增加,供热效果降低。当房间内存在相邻送风口时,二者对室内速度场、温度场以及室内有效温度分布的相互影响作用只在近地面气流相接触时才会产生,且影响位置也仅仅局限在气流相互接触位置,对扩散区内部以及房间一般区域基本不产生影响作用。
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