一種求解濕空氣溫度和相對濕度的CFD算法

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

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

　　關(guān)鍵詞計算流體力學(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、溫度場和污染物濃度場的工具[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濕度有關(guān)，如不考慮潛熱和相對濕度，勢必造成溫度場計算的不準(zhǔn)確，也不便于評價各點(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濕度的方法，并給出計算實(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、動量守恒、能量守恒方程，獲得計算區(qū)域的各種參數(shù)。CFD技術(shù)有很多個分支，目前在暖通空調(diào)行業(yè)應(yīng)用A多的是由斯波爾?。⊿palding）和帕坦卡(Patankar)提出的用于求解傳熱和流體流動計算的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、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濕度。采用這一方法，不僅得到計算區(qū)域的溫度場，也可以知道各人位置的相對濕度，因而可以更準(zhǔn)確計算各點(diǎn)的舒適性，公正評價通風(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的溫度場分布和同時考慮潛熱時的溫度場和相對濕度分布，結(jié)果表明，前者計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)值計算及應(yīng)用。見：全國暖通空調(diào)制冷1996年學(xué)術(shù)年會論文集，1996，241-244

　　3S.V.帕坦卡著，張政譯，傳熱與流體流動的數(shù)值計算。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。