布风器形式对船舶会议室内气流分布影响的数值模拟

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随着我国造船事业的快速发展，人们对舱室室内空气品质和人体热舒适性的要求也越来越高。布风器是-种适合低矮空间应用的空调送风口，在船舶舱室中应用较多，采用不同形式的布风器送风会形成不同的舱室内温度尝速度惩污染物浓度场，直接影响室内人员的热舒适感和室内空气品质。目前，通过数值模拟分析陆上建筑中会议室内气流组织的研究较多 J，对船舶会议室内采用不同形式布风器送风时室内气流组织的研究较少。因此，本文以某船舶会议室作为研究对象，应用计算流体力学方法和AIRPAK软件，对会议室采用方形平板、圆形平板、方形孔板及圆形孔板 4种布风器送风时的室内气流组织进行模拟，以期为船舶会议室空调送风口形式的选择提供设计参考。

2 数值模拟模型2.1 物理模型某船舶会议室的几何尺寸为7.32 m×5.5 m收稿日期： 2012-07-19 修稿日期： 2012-08-31资助项目： 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(HEUCF100206)；黑龙江省自然科学基金资助项目(E201139)74 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.1，2013X 2.1m(长 X宽 X高)，简化物理模型如图 1所示。室内有 16人在开会，人与椅子作为整体简化为0.4m X0.3 m x 1.3m的长方体，1张会议桌，4个双人沙发，2个茶几，2个文件柜，1个投影屏和4盏灯具，采用 6个布风器向室内送风，2个百叶回风口回风。目前，船舶空调送风口多采用布风器，布风器的出风盘形式有多种，本文将对采用方形平板 、圆形平板、方形孔板及圆形孔板4种布风器(类型 A、B、c、D)出风盘送风时形成的气流组织进行模拟。为提高计算效率，在建立方形和圆形孔板布风器物理模型时，将出风盘上的4个通风凶简化为 1个通风凶。

投椅子自Ⅱ1 I圳风 口图 1 会议室物理模型2.2 边界条件(1)入 口边界条件：会议室顶棚均匀布置 6个布风器，每个布风器的送风温度为 l7℃，相对湿度 70%，送风量为 310 m /h，各风 口的送风量- 致。布风器送风中二氧化碳浓度为300ppm。

(2)出口边界条件：室内设 2个回风口，有效面积系数设为0.6，回风口处的温度和速度由质量守恒定律和能量守恒定律求得，出口压力为OPa。

考虑围护结构传热，舱室的上层壁面受太阳照射，设外表面温度为 50C；门所在壁面与走廊相邻，没外表面温度为 29 ；其余壁面与空调房间相邻，按绝热处理。

(4)人体、灯具模型：取人体呼吸量为 0.5L/次，呼吸频率为15次/分，呼出气体中二氧化碳的体积含量为0.4%。设轻工作量时，人体散热量为 lOOW/人，灯具散热量为34 W/个。

2.3 网格划分4种情况均采用非结构化网格(hexa unstruc-tured)划分，方形平板和圆形平板布风器的网格数分别为 110.8562万个、112.1056万个 ；方形孔板和圆形孔板布风器均用 assemblies对其出风盘局部加密，网格数分别为80.5366万个、118.3058万个(如不进行局部加密，网格数在 250万左右，耗时且不易计算)。

2.4 数学模型目前在空调房间的气流组织数值计算中，Chen提出的室内零方程模型得到了较多的应用 J，因为该模型将湍流粘度归结为当地平均速度和长度尺度的函数，应用起来非常方便，并且计算量非常校为了简化问题，作如下假设：(1)室内空气低速流动，可视为不可压流体且符合 Boussinesq假设；(2)由于动态模拟时间段短，热边界按第-类边界处理；(3)室内空气为辐射透明介质。

采用室内零方程模型描述的室内气流运动方程如下：质量方程：： 0 (1)d动量方程：O(pVi) opat axi -罄毒 (誊Ox警)] a ，a L 。 /J (ro-T)g (2)能量方程： OXj(Fr efl瑟) qx Ox C (3) af a . .，p、传质方程：警 毒Ox(‰ Ox)城 ㈩ a 以. . .，其中 '， 0·03874p式中 方向的时均速度(i1，2，3)，m/st--时间，sP--空气密度，kg/mP--空气压力，Pa- - 等效粘度，Pa·S- - 空气层流动力粘度，Pa·S- - 空气湍流动力粘度，Pa·s口--空气热膨胀系数g -- 方向的重力加速度，m/s2013年第 41卷第 1期 流 体 机 械 77类型I送 度 度I I觜萎A I 17 I 26.5049 l 26.8213 l 0.96778B I l7 l 26.6047 l 26.9334 l 0.96691C I l7 I 26.7374 I 27.2413 1 0.95080D l 17 I 26.6584 I 27.076 f 0.95840类A l 300 I 313.287 l 314.133 l0.9401B l 300 I 313.345 l 314.992 l0.8901C l 300 l 313.296 I 319.181 10.6932D I 300 l 312.960 I 317.564 l0.7379不同形式的布风器送风，所获得的室内温度尝速度场分布有较大差别，其中方形孔板和圆形孔板布风器送风形成的室内温度惩速度场更加均匀。

(2)采用 4种不同形式布风器送风时，所获得的室内气流分布特性指标、通风效率相差很大，能量利用系数相差不大，但均达到热舒适性和除污规范。其中，方形平板布风器送风的能量利用系数最高，对污染物的清除更有效，适合应用在除污标准较高的舱室，如厨房、厕所；方形孔板布风器送风的热舒适性最好，适合应用在对热舒适要求较高的舱室，如会议室、住舱等。