室內(nèi)氣流組織是影響通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要因素。恰當(dāng)?shù)亟M織房間氣流，營造合理的室內(nèi)空氣流場，對于滿足室內(nèi)環(huán)境要求、人體舒適性的需要以及空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，都十分重要。對于一些特殊的通風(fēng)空調(diào)環(huán)境，如體育場館、潔凈地，由于建筑空間內(nèi)部分區(qū)域?qū)諝饬魉佟囟鹊扔休^嚴(yán)格的要求，創(chuàng)造合理的室內(nèi)空氣分布更是通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)的首要問題。在這樣的應(yīng)用背景下，模擬預(yù)測室內(nèi)空氣分布對于檢驗(yàn)通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)好壞，以及指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)都有重大意義^［1］。
　　對于采用機(jī)械送風(fēng)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，送風(fēng)口出流特性是影響室內(nèi)氣流組織的重要因素。在用數(shù)值模擬方法預(yù)測通風(fēng)空調(diào)房間氣流組織時，通常將送風(fēng)口處的氣流速度簡化為均勻分布^［2-7］。而實(shí)際的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，由于空間限制，與送風(fēng)口連接的直管段一般較短，送風(fēng)口前常接有彎頭、三通等部件，送風(fēng)口出流可能存在不均勻。
　　另一方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD:Computational Fluid Dynamics)的數(shù)值模擬技術(shù)得到了長足的發(fā)展，該技術(shù)具有成本低、速度快、資料完備且可模擬各種不同工況等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)^［8-9］，逐漸成為暖通空調(diào)領(lǐng)域進(jìn)行室內(nèi)氣流組織設(shè)計(jì)預(yù)測的重要手段。
　　為研究實(shí)際連接形式下風(fēng)口出流是否存在不均勻以及這種不均勻?qū)κ覂?nèi)氣流組織的影響程度，本文將對某辦公樓內(nèi)典型辦公房間的送風(fēng)口出流特性進(jìn)行實(shí)測，并采用CFD方法，考察實(shí)際連接條件下送風(fēng)口出流特性對室內(nèi)空氣分布的影響。

　　本文所選擇的房間為一典型的辦公房間。該房間長6.74m，寬3.73m，高2.45m。室內(nèi)一個會議桌、一個書柜、一個辦公桌、一個電腦桌和一個文件柜。房間頂部設(shè)置空調(diào)送、回風(fēng)口各一個，均為散流器，型號為青去FK10，規(guī)格尺寸為600×600m㎡,送回風(fēng)口中心距離3m。室內(nèi)設(shè)施具體布置見圖1。

圖1 某辦公室內(nèi)部設(shè)施布置
（1 會議桌； 2 文件柜； 3 電腦桌 4 辦公桌； 5 書柜； 6 回風(fēng)口； 7 送風(fēng)口）


圖2 送風(fēng)散流器與風(fēng)道實(shí)際連接


圖3 散流器出流速度測量的測點(diǎn)布置

　　為了解在上述實(shí)際連接形式下散流器的出流速度分布，我們在送風(fēng)散流器的每個三角形區(qū)域，沿散流器中心到邊沿的方向均布8個測點(diǎn)，按方向分別標(biāo)志為N、S、E、W，編號從d1到d8，如圖3所示。四個方向總共有測點(diǎn)32個。實(shí)際測量時，將熱球風(fēng)速儀探頭緊貼散流器表面進(jìn)行測量，從而得到散流器出口平面上的速度分布。實(shí)際測量的結(jié)果如下：

表1　散流器出流速度，單位：m/s

	d1	d2	d3	d4	d5	d6	d7	d8
N	3.6	3.7	3.6	3.6	3.1	3	2.7	2.6
S	3	4.1	4.	4.5	4.6	4.3	4.4	4.5
E	3	3.8	2.8	2.3	1.6	0.8	0.7	1
W	3	3.8	2.8	2.3	1.6	0.8	0.7	1

　　由測量結(jié)果可見，由于送風(fēng)有的風(fēng)道影響，送風(fēng)散流器N、S兩個相對方向的出流速度相差較大，按算術(shù)平均得到的平均速度分別為3.24m/s和4.23m/s。這說明，實(shí)際連接條件下，送風(fēng)口出流不均勻性確實(shí)存在，就此測量工況而言，現(xiàn)象比較明顯。
　　風(fēng)口不均勻出流的形成主要是由于氣流運(yùn)動的慣性。從送風(fēng)散流器與風(fēng)道實(shí)際連接形式(圖2)上分析，送風(fēng)口前水平風(fēng)管內(nèi)的氣流在到達(dá)直角拐彎處時，由于慣性作用，豎直連接管中形成不均勻的氣流分布，遠(yuǎn)離來流一側(cè)的氣流速度大于另一側(cè)的速度^［10］。由于豎起連接管很短，管中氣流的不均勻分布直接影響風(fēng)口出流特性，導(dǎo)致風(fēng)口出流不均勻。

　　測量條件下，室內(nèi)無明顯熱源，且房間維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫、密閉性均良好?？蓪y量環(huán)境簡化為等溫射流工況。為分析實(shí)際連接條件下送風(fēng)口出流特性對室內(nèi)空氣分布的影響，在進(jìn)行數(shù)值模擬時，我們選取兩種工況進(jìn)行對比分析。兩種工況送風(fēng)量相同。
　　模擬工況一送風(fēng)散流器出流速度均勻。按送風(fēng)量與散流器出口面積計(jì)算平均速度為2.3m/s，以此作為流場計(jì)算的均勻入流邊界條件。
　　模擬工況二送風(fēng)散流器出流速度不均勻。按送風(fēng)口流測量速度定義房間的入流邊界條件。
　　模擬計(jì)算采用清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系建筑環(huán)境與設(shè)備研究所開發(fā)的三給液體流動與傳熱數(shù)值模擬的CFD軟件STACH-3。計(jì)算所用湍流模型為MIT零議程模型^［11］，離散方法為有限容積法，動量方程采用交錯網(wǎng)格(即U,V,W方程)，差分格式可以選擇使用冪指數(shù)格式、混合格式、上風(fēng)格式等。求解算法為SIMPLE算法，代數(shù)方程求解采用交替方向迭代解法(ADI方法)，邊界條件采用將其處理為各相應(yīng)變量源項(xiàng)的方法。^{［8.12-15］}
　　選取距地面1.0m、1.5m兩水平面及過關(guān)回風(fēng)口中心的豎直截面為對比面，比較流場分布特性。
　　比較圖4和圖5，整個截面上，流動速度的大小和方向、流場漩渦區(qū)的位置及形狀都存在十分明顯的差別。在該截面的諸多位置上，兩種工況下空氣流動速度的方向幾乎相反，工況二的流動速度大小也明顯大于工況一。由于流動速度大小、方向的明顯差別，漩渦區(qū)位置、形狀也存在顯著的差別。

圖４模擬工況一，距地面1.0m水平面的速度分布　　 　圖５模擬工況二，距地面1.0m水平面的速度分布

　　圖6和圖7的情況與前面的分析相似，兩種工況下整個截面上流動的大小和方向，流聲漩渦區(qū)的及形狀都存在同樣的差別，且這些差別更顯著。就整修截面上的流動速度進(jìn)行比較，工況二幾乎是工況一的二倍；特別是在送風(fēng)口正正下方附近，工況二許多位置上的流動速度甚至比工況一的二倍還要大。

圖6 模擬工況一，距地面1.5m水平面的速度分布　　　　圖7 模擬工況二，距地面1.5m水平面的速度分布

　　從圖8和圖9可以看出，工況一中送風(fēng)口出流在達(dá)到回風(fēng)口之前，在室內(nèi)流過了較長的距離；而工況二存在較明顯的送回風(fēng)口氣流短路。

圖8模擬工況一，過送、回風(fēng)口中心的豎直截面速度分布 圖9模擬工況二，過送、回風(fēng)口中心的豎直截面速度分布

　　在進(jìn)行通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織設(shè)計(jì)時，通常將送風(fēng)口出流簡化為均勻流動。實(shí)際通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，由于空間限制，送風(fēng)口前常接有彎頭、三通等部件。本文的測量結(jié)果表明，由球狀這風(fēng)口前管道流動提，送風(fēng)口出流存在明顯的不均勻。
　　本文的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)一步表明，送風(fēng)口出流不均勻?qū)κ覂?nèi)氣流組織影響較大，在進(jìn)行室內(nèi)氣流組織設(shè)計(jì)時，必須予以重視。若仍按均勻出流條件進(jìn)行室內(nèi)氣流組織的分析與預(yù)測，將產(chǎn)生較大的誤差，導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果不可信，甚至?xí)`背設(shè)計(jì)的初衷，得到完全錯誤的結(jié)論。

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