摘　要：針對設置側墻上置送風口置換通風系統(tǒng)的房間，采用CFD軟件對室內空氣速度場、溫度場進行模擬。根據模擬結果，分析貼附射流、沖擊射流的發(fā)展過程，評價側墻上置送風口置換通風系統(tǒng)的通風效果。

關鍵詞：置換通風  側墻上置送風口  貼附射流  沖擊射流  通風效果

Assessment of Displacement Ventilation Flow Field with High Sidewall Outlet and Ventilation Effect

Abstract：For a room using displacement ventilation system with high sidewall outlet，the indoor air velocity field and temperature field are simulated by CFD software．The development process of the attaehed jet and impact jet is analyzed according to the simulation results．The ventilation effect of displaeement ventilation system with high sidewall outlet is assessed．

Keywords：displacement ventilation；high sidewall outlet；attached jet；impact jet；ventilation effect

置換通風是以房間內熱源(人員、設備等)產生的熱浮升力為動力使室內空氣熱力分層的通風方式^[1-2]。傳統(tǒng)置換通風系統(tǒng)往往采取下置送風口的布置形式，這種布置形式占用了室內下部的有效空間，在某些場所送風口難以布置。為了解決傳統(tǒng)置換通風系統(tǒng)的不足，學者們提出將送風口上置，形成側墻上置送風口的置換通風系統(tǒng)^[3-5]。本文對側墻上置送風口置換通風流場進行模擬，并評價通風效果。

1　模擬方案

①房間的物理模型

房間的物理模型見圖1，房間的長×寬×高為3.40m×2.90m×2.95m。房間圍護結構視為絕熱，送風裝置安裝于側墻上部，送風口高度為2.2m?；仫L口位置見圖l，尺寸為0.4m×0.4m。模型房間內有2盞熒光燈，電功率均為36W。人體、計算機等熱源靠近回風口一側的墻邊，人體和計算機的發(fā)熱量分別為l00W／人、300W／臺。將房間內的人體、計算機、桌子等分別簡化成規(guī)格不同的立方體，簡化后房間內物體具體數量及尺寸見表1。

②模擬方案

針對供冷工況，采用CFD軟件模擬室內速度場、溫度場，根據模擬結果分析貼附射流、沖擊射流的發(fā)展過程，并評價側墻上置送風口置換通風系統(tǒng)的通風效果。房間供冷負荷指標為48W／m²。室內的送風射流由氣體貼附墻壁的貼附射流與沿地板擴散的沖擊射流組成^[6-7]，選取送風溫度295K、送風速度0.3m／s作為典型工況。

③測點布置及代表測點選取

均勻分割xy平面，布置測點，獲取各測點不同三坐標上的模擬數據，測點布置方式見圖2。其中測點5～7為貼附射流空間的測點，我們選取測點6作為射流空間的代表測點；測點2～4為人體活動區(qū)的測點，我們選取測點3作為人體工作區(qū)的代表測點；選取測點l為熱源附近測點，但由于測點1被人體占據，因此我們選取測點1¢作為熱源附近測點，x、y軸坐標為(1.20m，1.45m)。

2　數值模擬結果與分析

2.1　設定

設定房間圍護結構內壁之間無輻射換熱。房間內氣流為不可壓縮的牛頓流體。根據Boussinesq假設，認為流體密度變化僅對浮升力有影響，流體中的黏性耗散忽略不計。

2.2　模擬結果與分析

①貼附射流、沖擊射流發(fā)展過程

yz平面(x=3.3m)速度云圖見圖3，yz平面(x=3.3m)對稱軸(z軸方向)的流速見圖4。由圖3、4可知，貼附射流的流速沿射程方向呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。這種變化是貼附射流在發(fā)展的過程中，受豎向慣性力和豎向浮升力共同作用的結果。由于送風溫度較低，在出口階段氣流密度較大，氣流豎向慣性力作用比豎向浮升力作用明顯，因此對氣流起著加速作用。隨著貼附射流的發(fā)展，氣流溫度升高，豎向浮升力作用加強以及氣流接近地面時受阻，流速逐漸下降。

由圖4可知，貼附射流最大流速出現(xiàn)在高度l.0m左右。這提示我們不能將送風口的安裝高度無限制提高，應使得最大流速盡量落在熱力分層界面(熱力分層界面將室內空氣沿豎向分為上部湍流混合區(qū)，下部層流清潔區(qū))以下，以盡量減小送風與熱力分層界面上部污濁空氣摻混。

當貼附射流接近地面時，逐漸形成沖擊地板面的沖擊射流^[7]。xy平面(z=0.1m)速度云圖見圖5，xy平面(z=0.1m)對稱軸(x軸方向)的流速見圖6。

由圖5、6可知，貼附射流在轉化為沖擊射流的一段區(qū)域內，流速先明顯增大，然后逐漸減小。這主要是由于貼附射流在近地面轉化為沖擊射流時，氣流在沖擊地面時在地面上擴散開來，使得流速在這段區(qū)域內明顯增大，但隨著沖擊射流在地面上迅速蔓延擴散，動量逐漸減小，流速降低。雖然沖擊射流的流速沿流程逐漸減小，但是還能夠有效地到達人員活動區(qū)域。在x=1.3m處，流速小于0.15m／s，人體不會感到有吹風感，滿足了人體舒適要求。

②通風效果

對通風效果的影響，從本質上可認為是對室內空氣豎向熱力分層的影響，下部層流清潔區(qū)豎向溫度梯度越小，上部湍流混合區(qū)豎向溫度梯度越大，通風效果越好^[8]。

測點6、3、1¢的豎向溫度分布分別見圖7～9。由圖7～9可知，3個測點的溫度沿高度方向(三軸方向)逐漸增大。對于測點6、3，在0.1～1.2m高度范圍內溫度緩慢升高，當高于1.2m后溫升速度較快。對于測點l¢，在0.1～2.0m高度范圍內溫度緩慢升高，在0.2～1.5m高度范圍內溫度出現(xiàn)波動，這一高度區(qū)域恰好與坐姿下的人體腳踝到高于頭頂30cm一段吻合。當高于2.0m后，溫升速度較快。

由圖7可知，貼附射流區(qū)域也存在熱力分層。這是由于送風口適當的安裝高度使得送風氣流最大流速出現(xiàn)在熱力分層以下，在豎向慣性力的作用下使送風氣流能較快地到達地面，減小了貼附射流在上部空間對周圍空氣的卷吸，沖擊射流在地面上的迅速衰減減少了吹風感。因此，側墻上置送風口置換通風方式與傳統(tǒng)置換通風方式具有一樣明顯的熱力分層特征。

由圖8、9可知，越接近熱源位置，熱力分層越明顯，這說明沖擊射流對室內溫度分層的影響進一步減弱。測點1¢的0.2～1.5m高度范圍出現(xiàn)溫度波動，是由于人體附近的空氣受人體加熱，溫度升高。

3　結論

對于側墻上置送風口的置換通風系統(tǒng)，由貼附射流與沖擊射流形成的組合射流在室內能形成很好的熱力分層，符合置換通風要求，通風效果良好。

參考文獻：

[1]王洪成，李汛．地板輻射與置換通風組合空調系統(tǒng)的模擬[J]．煤氣與熱力，2006，26(11)：60-63．

[2]常茹，于齊東．置換通風系統(tǒng)設計計算參數控制及應用[J]．煤氣與熱力，2012，32(2)：A30-A32．

[3]魏京勝．上置置換通風風15特性及氣流組織實驗研究(碩士學位論文)[D]．西安：西安建筑科技大學，2005：56-73．

[4]趙建博，王智偉，黃曉瑞．風口上置置換通風的實驗研究[J]．建筑節(jié)能，2007，35(7)：15-17．

[5]黃曉瑞，王智偉，郭聰．側墻上置風口置換通風規(guī)律實驗研究[J]．西安科技大學學報，2009，29(2)：170-174．

[6]張旺達．豎壁貼附射流及其空氣池現(xiàn)象的預測與可視化驗證(碩士學位論文)[D]．西安：西安建筑科技大學，2006：41-65．

[7]ADBEL-FATFAH A．Numerical and experimental study of turbulent impinging twin-jet flow[J]．Experimental Thermal and Fluid Science，2007(31)：1061-1072．

[8]王曉彤，陳俊俊，李義科，等．熱源特性對置換通風熱力分層高度影響的分析[J]．建筑熱能通風空調，2005，24(3)：69-72．

本文作者：林楊  王麗文  呂建

作者單位：天津城建大學能源與安全工程學院

  天津大學建筑設計研究院