室内空气分布的预测方法及比较

室内空气分布的预测方法及比较

彬
☆
清华大学 赵 林波荣 李先庭 彦启森
提要 简要介绍了预测通风空调房间内空气分布的射流公式 、Zo nal Mo del 、计算流体力学
( CFD) 、模型实验 4 种方法 ,并从所预测工况的几何形状复杂程度 、适用范围 、对经验理论的依
赖程度 、预测成本的大小 、预测周期的长短 、预测资料的完备性 、预测结果的可靠性以及使用的
方便性等方面进行了对比 ,提出了这 4 种预测方法的使用场合 。
关键词 室内空气分布 预测方法 比较
C o m p a ri s o n of m e t h o d s f o r p r e d i c t i n g i n d o o r a i r d i s t ri b u t i o n
By Zhao Bin
★
, Lin Borong , Li Xianting and Yan Qisen
A b s t r a c t P r e s e n t s f o u r m e t h o d s f o r p r e d i c t i n g i n d o o r a i r d i s t r i b u t i o n : j e t f o r m ul a
m e t h o d , Zo n a l M o d e l , C FD m e t h o d a n d m o d e l e xp e r i m e n t . C o mp a r e s t h e m f r o m t h e g e o m e t r i c
c o mp l e x i t y o f p r e d i c t e d o b j e c t s , t i m e f o r p r e d i c t i n g , i nf o r m a t i o n o f p r e d i c t i n g r e s ul t s ,
a c c u r a c y o f p r e d i c t i n g r e s ul t s a n d d i f f i c ul t y , e t c . P u t s f o r w a r d s ui t a b l e a p p l i c a t i o n s i t u a t i o n s
f o r e a c h m e t h o d .
Ke y w o r d s i n d o o r a i r d i s t r i b u t i o n , p r e d i c t i o n , c o mp a r i s o n
★ Tsinghua Unive rsit y , China
①
0 引言
通风空调房间的空气流动情况对于建筑物能耗 、室内
空气品质和人体健康至关重要 。众所周知 ,通风空调的目
的就是通过人工的方法 ,在有限空间创造一种健康 、舒适 、
安全的空气环境 ,因此工程师或建筑师们希望在规划设计
阶段就能预测室内空气的分布情况 ,从而制定出最佳的通
风空调方案 。自 20 世纪 40 年代起 ,众多研究者就对机械
通风房间送风口的射流特性进行了实验和理论研究 ,并于
50 年代初建立了一系列射流公式用于室内空气分布的预
气分布是最为简单和经济的方法 。按照通风空调送风口射
流在室内的状态 ,可分为自由射流 、受限射流等 ; 按射流入
流空气温度与室内温度是否相等 ,又分为等温射流和非等
温射流 ;结合送风口形式 ,根据射流形态又可分为平面射
流 、方形和圆形射流 、径向射流 、不完全径向射流 、锥形射流
和旋转射流等
4
。通过理论分析和实验测量 ,人们整理出
关于各种射流的半经验公式 ,主要是关于湍流射流平均特
性主体段中心速度 、温度衰减 、断面流速分布 、射流扩展角 、
冷射流贴附长度等 。下式是最经典的射流公式 :
测
1
,成为最经济简单的室内空气分布预测方法 ; 1970 年 , v m A c Cd Rfa
A 0
= K = K ( 1)
v 0 x x
有学者提出 Zo nal Model ,对自然通风的通风量 、温度分布
等进行预测计算 ,近来又有人指出该方法经改进后可用于
机械通风
2
; 1974 年 ,丹麦的 P. V . Nilsen 首次利用计算流
体力学 CFD (co mp utatio nal fluid dynamics) 方法对室内空气
流动进行了数值模拟
3
。而最为可靠的预测方法就是模
型实验 ,它借助相似理论 ,在等比例或缩小比例的模型中通
过测量手段来对室内空气分布作出预测 。本文将对这 4 种
室内空气分布的预测手段作简要介绍 ,并比较各种方法的
特点 ,以给出工程中应用这些方法的建议 。
1 室内空气分布的预测方法及比较
1 . 1 射流公式方法
利用射流公式计算出相关参数 ,预测机械通风室内空
式中 v m 为射流轴心速度 ,m/ s ; v 0 为射流出口速度 , m/ s ;
Cd 为喷射系数 ,通常为 0 . 65～0 . 9 ; Rfa 为风口有效面积系
数 ; A c 为风口外形总面积 ,m
2
; x 为距风口出口处距离 , m ;
A 0 为等效喷射面积 , A 0 = A c Cd Rfa , m
2
; K 为速度衰减比
例系数 ,由实验确定 。
式 (1) 用于计算等温自由射流的中心速度衰减 ,对于非
①☆ 赵彬 ,男 ,1974 年 12 月生 ,在读博士研究生
100084 北京市海淀区清华大学建筑学院建筑技术科学
系
( 010) 62781745
E2mail :zbzzbb @263 . net
收稿日期 :2001 - 01 - 15