基于CFD技術的緊縮場暗室通風空調模擬優化

孫子玉+朱培根

摘要：采用CFD技術對緊縮場暗室通風空調系統設計方案進行了模擬分析，結果表明：采用12送12回的送回風口布置方式最佳，該設計改變了暗室內空氣氣流分布形式，使暗室內空間的溫度場和速度場分布更加均勻合理，滿足了該工程特殊的通風空調技術要求，該研究在實際工程應用中具有重要意義。

關鍵詞：CFD技術；緊縮場暗室；模擬優化

中圖分類號：TU71

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）22014804

1 引言

在高大空間的通風空調系統設計中，傳統的通風空調設計技術有一定的缺點和局限性，不能準確地確定高大空間內空氣的速度、溫度、濕度和有害氣體濃度等具體情況。筆者采用計算流體力學（CFD）和數值傳熱學（NHT）技術，對通風空調系統設計方案的實施效果進行預測評價，以找出先進、適宜的通風空調技術方案。

2 項目概況

緊縮場暗室主體尺寸為34 m×17 m×17 m（長×寬×高），側墻及頂棚吸波材料高度為900 mm，暗室內反射面區域溫度要求為22.5±1 ℃，用以驗收、鑒定、高精度測試。RF屏蔽通風窗為截止波導形式，波導窗是由許多個小波導組成的波導束，小波導截面形狀為六角形[1]。在同等插入衰減能力條件下，六角形波導的通道面積大于方形波導，從而增大了通風面積，六角波導單孔外接圓直徑3.2 mm。通風從吸波隔板與墻面吸波材料間的空隙出入，空隙面積應不小于通風波導窗的面積；吸波隔板用支架固定在通風口四周[2～4]。

3 優化設計方案模擬

依照實際工程需要，考慮到波導窗風口流量系數0.75，波導窗風口迎面風速為2.5m/s，在多次優化方案的基礎上，采用12送12回的方式，回風口均采用隱蔽布置[5]。

3.1 夏季

送風量：風口尺寸600 mm×600 mm的波導窗，有效流量系數為0.75，波導窗風口迎面風速為2.5 m/s，波導窗風口過流風速為3.3 m/s，空調總送風量為[6]：

夏季室內Z軸剖面溫度分布如圖3，由圖3知其空間溫度分布在22.5±1.0 ℃之間，滿足通風空調技術要求。

夏季空調速度場模擬結果如圖4，反射面區域速度分布在0.2～0.5 m/s之間，其他空間無死區現象，符合工程使用要求。

夏季室內Y軸剖面速度分布如圖5，由圖5可見，反射面區域速度分布在0.2～0.5 m/s之間，其他空間無死區現象，符合工程使用要求。

夏季室內Z軸剖面速度分布如圖6，由圖6可見，反射面區域速度分布在0.2～0.5 m/s之間，其他空間無死區現象，符合工程使用要求。

3.2 冬季

冬季送風溫度：t冬送=tN+Q冬/（LρC）=24.3（℃）

該方案冬季室內溫度場模擬結果如圖7，由圖7可知，反射板及支架區溫度分布在22.5±0.5 ℃之間，符合技術要求。

冬季室內Y軸剖面溫度分布如圖8，由圖8知其空間溫度分布在22.5±1.0 ℃之內，滿足通風空調技術要求。

冬季室內Z軸剖面溫度分布如圖9，由圖9知其空間溫度分布在22.5±1.0 ℃之內，滿足通風空調技術要求。

冬季空調區域速度場模擬結果如圖10，反射板區域內速度分布在0.2～0.5 m/s之間，其他區域無死區現象，滿足該工程使用要求。

冬季室內Y軸剖面速度分布如圖11，反射板區域內速度分布在0.2～0.5 m/s之間，其他區域無死區現象，滿足該工程使用要求。

冬季室內Z軸剖面速度分布如圖12，反射板區域內速度分布在0.2～0.5 m/s之間，其他區域無死區現象，滿足該工程使用要求。

4 分析與評價

通過對不同方案進行模擬對比，不同方案存在著回風困難，回風所需的壓力大，反射板周圍風速大，容易對反射板熱穩定性造成影響；不能同時滿足各項要求，本方案所采取的方案既滿足溫度場與速度場的要求，同時其風口的安裝位置對測試所造成的影響最小。

本方案所采用的是12送12回的送回風口布置方式，通過對該方案的溫度場和速度場的三維CFD模擬可以知道，該方案冬夏季反射面區域溫度分布在22.5±0.5 ℃之間，速度分布在0.2～0.5 m/s之間，整個暗室內無空調死區，符合該工程的技術要求。該方案由12個回風口均采用隱蔽布置，改變了暗室內空氣氣流分布形式，使暗室內空間的溫度場和速度場分布更加均勻合理，大大減少了對測試的影響，滿足了該工程特殊的通風空調技術要求。

5 結語

在多次模擬的基礎上，提出了采用12送12回的方式，波導窗風口迎面風速采用2.5 m/s，波導窗風口流量系數0.75，此時波導窗風口過流速度為3.3 m/s，回風口均采用隱蔽布置，即其中6個回風口布置在反射面背面，另外6個回風口布置在小室內，減少了風口對反射面的影響。經三維CFD模擬，暗室內溫度場和速度場均滿足使用要求。

參考文獻：

[1]任艷莉. 高達空間氣流組織的數值模擬與試驗研究[D]. 天津：天津大學，2012.

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[4]陳修敏.數據中心機房空調系統設計及氣流優化分析[J].流體機械，2014（11）.

[5]岳高偉.室內污染物擴散的通風優化數值模擬[J].流體機械，2014（4）.

[6]劉亞南.CFD技術在暖通工程中的應用研究[J].科技創新與應用，2015（8）.

[7]姚 軍.大連市甘井子區圖書館通風空調系統設計[J].制冷與空調，2015（9）.

Abstract： CFD technology is used to simulate the design of the ventilation and air conditioning system of the retrenchment room in this paper. The results showed thatthe returns air outlet of 12 to 12 is best.The design changed the air flow distribution in the darkroom. The temperature field and velocity field in the space are distributed more evenly and reasonably， which meets the technical requirements of special ventilation and air conditioning in this project.The research is of great significance in practical engineering application.

Key words： CFD technology；retrenchment room； simulation optimizationendprint