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工学硕士学位论文

空调房间流场和温度场的数值模拟

硕士研究生：任新 指导教师：郜冶教授 学科、专业：热能工程

哈尔滨工程大学 2004年12月

哈尔滨工程大学硕士学位论文

摘要

本文应用计算流体力学的理论和方法模拟了带内热源的三维空调房间 室内气流的湍流流动。在对数学模型及物理模型进行理论分析的基础上， 研究了在强迫对流的作用下，风口位置、高度和数量分别不同时室内气流 的速度、温度分布和换热规律，并用空气分布特性指标(ADPI)来对流场 进行评价。模拟室内气流流动时考虑了浮升力的影响和人体的辐射，采用 了k一5湍流模型、交错网格和SIMPLEST算法。边界条件采用了k一￡模 型结合壁面函数的方法，考虑人体辐射时采用了简化的人体模型。利用 CFD软件PHOENICS对模型进行了计算，利用后处理工具把模拟结果直 观地表示出来，并对结果进行了分析和比较。模拟结果证实了利用k一$湍 流模型对非等温房间的气流组织进行数值计算是可行的。这种方法可以帮 助设计人员预测房间气流组织的效果，改善气流组织方案。这对于保证良 好的房间空调效果、提高室内空气品质、减少空调能耗都有重要的意义。

关键词： 计算流体力学；湍流模型；三维空调房间；气流组织； 人体辐射；数值模拟

哈尔滨工程大学硕士学位论文

ABSTRACT

This paper is an application of Computational Fluid Dynamics in the turbulent flow of a three-dimensional air-conditioned room in which there are heat sources．Based on the theoretical analysis of mathematical and physical model，room^airflow velocity,temperature^{and thelaw ofheat} exchange^onthe condition of the forced convection are studied when the location，height and number of diffuser are different．At the same time，air diffusion performance index(ADPI)iS used to evaluate the indoor air distribution．The k一￡ two·equation^turbulence model，staggered grid^{methodandSIMPLEST method} are adopted to simulate indoor airflow．The effect of buoyant force on k一￡ model and radiation of human body are also considered．The k一￡model linked with the wall function is applied to the boundary condition，and a simplified^human body^modelis adopted^{whenradiationisconsidered．CFD} software PHOENICS^{iSusedtosimulatethemodel．T1leresultsofnumerical} simulation are expressed intuitively by post-process tools，and are also analyzed and compared with each other．The results prove that k—s turbulence model in the numerical computation to the aifflow of non．isothermal^{roomiSfeasible．Thenumericalsimulationcan} help^man to predict^{theeffectoftheairfloworganization．Itcanalsoincreasethelevelof} the designing project^ofairflow organization．There is great importance in assuring^{goodeffectof air-conditionedroomand increasingthelevelofindoor} air quality,and also in decreasing^the energy expended．

KEY WORDS： Computational Fluid Dynamics ；Turbulence model； Three．dimensional air-conditioned room AirflOW organization；Human body^{radiation；Numericalsimulation}

哈尔滨工程大学

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作者(签字)：

日 期：2005年1月17日