一種求解濕空氣溫度和相對(duì)濕度的CFD算法

一種求解濕空氣溫度和相對(duì)濕度的CFD算法

　　摘要：以往在用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法計(jì)算空氣溫度時(shí)，僅考慮空氣顯熱，導(dǎo)致計(jì)算溫度與實(shí)際情況相差較

　　大。提出一種考慮潛熱的計(jì)算房間溫度和相對(duì)濕度的CFD方法，將兩種計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)前者的計(jì)算結(jié)果較后者約高0.5～1℃。

　　關(guān)鍵詞計(jì)算流體力學(xué)濕空氣理論模型

　　AbstractInviewoftheconsiderableerrorinusingCFDmethodtocalculatetheairtemperatureduetothelatentheattreatedasnegligible,putsforwardatheoreticalmodeltakinglatentheatintoaccount,whichisconsistedofenthalpyandvaporconcentrationequations.Bysimulatingaprojectwiththemodel,comparesthetemperaturedistributioncalculationresultswithandwithoutlatentheatinconsideration,showingthatwithoutconsideringlatentheatwillresultinariseintemperatureof0.5～1℃.

　　KeywordsCFD,wetair,theoreticalmodel

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　　計(jì)算流體力學(xué)（CFD即ComputationalFluidDynamics）在暖通空調(diào)的應(yīng)用始于70年代。早期的應(yīng)用對(duì)象主要是工程設(shè)備中出現(xiàn)的熱、質(zhì)傳遞。隨著空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，CFD技術(shù)越來越多地成為暖通空調(diào)工程師用于分析房間速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和污染物濃度場(chǎng)的工具[1～2]。由于現(xiàn)有的CFD軟件一般是由從事力學(xué)、化工和工程熱物理的專家開發(fā)的，一般都不考慮相對(duì)濕度的問題。然而，暖通空調(diào)領(lǐng)域的空氣參數(shù)一般都與潛熱和相對(duì)濕度有關(guān)，如不考慮潛熱和相對(duì)濕度，勢(shì)必造成溫度場(chǎng)計(jì)算的不準(zhǔn)確，也不便于評(píng)價(jià)各點(diǎn)的舒適性和空氣品質(zhì)。

　　筆者提出一種考慮空氣中的潛熱求解溫度和空氣相對(duì)濕度的方法，并給出計(jì)算實(shí)例。

　　1濕空氣溫濕度的輸運(yùn)方程

　　CFD技術(shù)可以通過求解普遍遵守的質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒方程，獲得計(jì)算區(qū)域的各種參數(shù)。CFD技術(shù)有很多個(gè)分支，目前在暖通空調(diào)行業(yè)應(yīng)用A多的是由斯波爾丁（Spalding）和帕坦卡(Patankar)提出的用于求解傳熱和流體流動(dòng)計(jì)算的SIMPLE算法[3]。

　　2工程應(yīng)用舉例

　　某工程采用椅背誘導(dǎo)送風(fēng)，椅子按階梯布置，每級(jí)階梯的寬度為900mm，階梯間的高差為170mm。經(jīng)空調(diào)箱處理后的空氣從椅子下邊送入。椅子靠背的下邊部分有一300mm×20mm的風(fēng)口，上邊部分有一400mm×150mm的風(fēng)口。椅子下邊送入的空氣與從下邊風(fēng)口誘導(dǎo)進(jìn)來的空氣混合后，從上邊風(fēng)口送到后排觀眾的周圍。

　　3結(jié)論

　　CFD在暖通空調(diào)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，由于常規(guī)的CFD方法只考慮空氣的顯熱，而不考慮空氣的相對(duì)濕度，因而CFD的應(yīng)用受到一定的局限。

　　筆者提出用焓的輸運(yùn)方程代替溫度的輸運(yùn)方程，同時(shí)增加水蒸氣質(zhì)量濃度的輸運(yùn)方程，用CFD方法迭代求解速度場(chǎng)、壓力、焓、水蒸氣質(zhì)量濃度，利用濕空氣的物理性質(zhì)得到空氣的溫度和相對(duì)濕度。采用這一方法，不僅得到計(jì)算區(qū)域的溫度場(chǎng)，也可以知道各人位置的相對(duì)濕度，因而可以更準(zhǔn)確計(jì)算各點(diǎn)的舒適性，公正評(píng)價(jià)通風(fēng)空調(diào)的效果。應(yīng)用這一方法，結(jié)合一具體工程，給出了只考慮顯熱時(shí)的溫度場(chǎng)分布和同時(shí)考慮潛熱時(shí)的溫度場(chǎng)和相對(duì)濕度分布，結(jié)果表明，前者計(jì)算得到的溫度比后者的高0.5～1℃。

　　參考文獻(xiàn)

　　1ShuzpMurakami,ShinsukeKato,JieZeng.Developmentofacomputationalthermalmanikin.The2ndInternationalSymposiumonHVAC,Beijing,1995,29-38.

　　2李先庭，李吉生，江億，室內(nèi)空氣交換率的數(shù)值計(jì)算及應(yīng)用。見：全國(guó)暖通空調(diào)制冷1996年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，1996，241-244

　　3S.V.帕坦卡著，張政譯，傳熱與流體流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算。北京：科學(xué)出版社，1984。

　　4薛殿華，空氣調(diào)節(jié)，北京：清華大學(xué)出版社，1991。