毕业论文：基于FLUNET的4人办公室通风问题的数值仿真

大连交通大学

本科毕业设计论文机械工程及其自动化05-3班刘羿

基于FLUNET的4人办公室通风问题的数值仿真

指点教师:斯琴争辩人:刘羿机械工程学院机械工程及其自动化2021年6月22日论文的背景和意义当代空调技术实践上是以促进人类居住的温馨性、安康性,维护地球环境,对能源有效利用等基于可继续开展的观念为原那么而获得进展的本课题的意义在于经过CFD模拟仿真为通风空调的方案提供优化和预测。这样就省去了大量的实践实验。CFD的运用改动了传统的设计过程，由于它可以相对准确地给出流体流动的细节，如速度场，温度场等。所以数据比较真实可信。主要内容1．绪论2．计算流膂力学的概念3．FLUENT软件的引见4．利用GAMBIT建立空调房间模型5．利用FLUENT求解器求解6．原始方案数值仿真结果分析7。空调房间优化设计方案比较１绪论1.1课题的背景和意义1.2室内空气质量评定1.3室内温馨温度与风速规范1.4空调的原理1.5本课题研讨的目的1.6本课题的原始数据室内空气质量评定室内空气质量涉及到多学科的知识,室内空气评价这一人们认识室内环境的科学方法也是需求建筑技术、建筑设备工程、医学、环境监测、卫生学、社会心思学等多学科的配合来共同开展。目前室内空气质量的评价重要是量化监测和客观调查结合的方法来进展的。客观评价的根据是人们遭到影响跟各种污染物浓度、种类、作用时间的关系,利用了空气龄(airage)、换气效率(airexchangeefficiency)、通风效能系数(ventilationeffectiveness)等概念和方法。室内温馨温度与风速规范新国家规范<室内空气质量规范>〔GB／T18883－2002〕规定，夏季有空调的场所为26~30℃。当室内空气温度为18℃时，50％坐着的人感到冷；温度低于12℃时，80％坐着的人感到冷，而且有人冷得难受，不能坚耐久坐，活动着的人也有20％以上感到冷，室内可居住性很差，有损安康。卫生学将12℃作为建筑热环境的下限。

空调的原理气态制冷剂被紧缩机紧缩为液态，在此过程中，制冷剂被紧缩成液体后，制冷剂温度会升高，使其温度升高的目的就是提高制冷剂与环境之间的温差，然后制冷剂温度高于环境温度而向外界环境放热，温度下降到常温，在换热过程中气体的压强以为是不变，然后让常温的液态制冷剂进入室内的蒸发器，让液态制冷剂膨胀降温，使其温度低于室内温度从而使室内气体向制冷剂放热，制冷剂吸热后恢复为常温气态再进入紧缩机紧缩，循环往复进展继续制冷。本课题研讨的目的本课题研讨的目的是为了给办公室通风系统提供最正确的设计方案，使得办公室中的人们觉得到温馨，提出了不同的几组方案研讨进展对比分析，试图找出一种最正确方案，经过对室内通风情况的模拟到达与实践情况比较接近，为以后的真实空调系统的安装提供参考数据。本课题的原始数据2计算流膂力学的概念CFD的简介CFD技术在暖通空调领域的运用CFD的求解过程CFD在国内外的开展CFD的简介CFD是英文ComputationalFluidDynamics(计算流体动力学)的简称,经过计算机数值计算和图像显示,对包含有流体流动和热传导等相关物理景象的系统所做的分析。CFD可以看作是在流动根本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)控制下对流动的数值模拟,是进展“三传〞(传热、传质、动量传送)及熄灭、多相流和化学反响研讨的中心和重要技术。它广泛运用于热能动力、航空航天、机械、土木水利、环境化工等诸多工程领域。暖通空调制冷行业是CFD技术运用的重要领域之一。CFD技术在暖通空调领域的运用通风空调房间气流组织设计借助CFD可以预测仿真通风空调空间的气流分布详细情况。气流数值分析可以思索室内各种能够的内扰、边境条件和初始条件,因此它能全面地反映室内的气流分布情况,从而便于发现最优的气流分布方案,进而指点设计使其到达良好的通风空调效果。经过CFD模拟计算室内内部的流体流动情况,可以研讨设备性能,从而改良其任务,降低建筑能耗,节省运转费用。CFD的求解过程建立数学模型是对所研讨的流动问题进展数学描画,为数值求解做预备任务。确定边境条件与初始条件和边境条件是控制方程有确定解的前提。初始条件是所研讨对象在过程开场时辰各个求解变量的空间分布情况。CFD在国内外的开展CFD技术在暖通空调领域中的运用在很长一段时间内是欧洲和日本走在前面,目前CFD技术在日本暖通行业的运用曾经到达适用化阶段。国外的CFD模型方面的根底性成果不但丰富,而且CFD软件也非常强大。我国大约在20世纪80年代开场研讨CFD在暖通领域的运用,我国现有成果大部分属于运用公用软件进展某个算例的分析。从总体上说,真正把CFD技术(与实践工程的暖通设计结合的案例还很少,真正掌握CFD技术的暖通设计人员数量有限,在我国暖通行业中开展CFD方面研讨尚有大量任务要做3FLUENT软件的引见什么是FLUENT软件FLUENT软件的特点和相关运用FLUENT在我国的运用和前景什么是FLUENT软件FLUENT的这一工程设计与分析软件，它在多物理场方面的模拟才干使其运用范围非常广泛，是目前功能最全的CFD软件。FLUENT因其用户界面友好，算法强壮，新用户容易上手等优点不断在用户中有着良好的口碑。长期以来，功能强大的模块，易用性和专业的技术支持一切这些要素使得FLUENT遭到企业的青睐。FLUENT软件的特点和相关运用FLUENT软件采用基于完全非构造化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法；FLUENT软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法；FLUENT软件进展流体的流动和传热计算的模拟计算的流程普通是，首先利用GAMBIT进展流动区域几何外形的构建、定义边境类型和生成网格，然后将GAMBIT中的网格文件输出用于FLUENT求解器计算的格式，在FLUENT中读取所输出的文件并设置条件对流动区域进展求解计算，最后对计算的结果进展后处置。FLUENT可以求解计算二维和三维问题FLUENT在我国的运用和前景西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室借助Fluent软件平台和清华大学热能工程系由长福等人比较了软件FLUENT提供的不同湍流模型等实例FLUENT软件在我国曾经获得较好的运用。由于其减少了研讨者在计算方法、编程、前后处置等方面投入的反复、低效的劳动,将更多的精神和时间投入到思索问题的物理本质,优化算法选用,参数的设定,因此提高了任务效率,其必然会获得越来越多的运用,运用效果也必将越来越好。4利用GAMBIT建立空调房间模型开启GANBIT软件室内空调房间建立网格划分边境条件类型指定MESH文件输出1启动Gambit2体的创建3人体模型4空调房间模型入风口面网格划分实体网格划分对话框房间实体网格划分边境条件类型指定MESH文件输出5利用FLUENT求解器求解FLUENT求解器的选择选择计算模型定义流体的物理性质设定边境条件1Fluent求解器的选择2根本求解器Solver3物质的物理性质设置4设定边境条件5设置入口inlet的边境条件6Iterate对话框设置开场进展叠代6原始方案数值仿真结果分析原始方案收敛曲线分析原始方案温度场分析原始方案速度场分析原始方案数值仿真分析总结收敛曲线图房间温度场图头部周围温度图人脚部周围气流速度场原始方案数值仿真分析总结原始方案房间的平均温度大约在19°C左右，与新国家规范<室内空气质量规范>〔GB／T18883－2002〕夏季空调房温度不得低于26度不符，不节能和环保。右侧机背部温度过高。温度落差过大，在电脑周围的风速都接近零，小于0.3m/s人将觉得很温馨。这些问题将在后面第七章优化方案设计中进展处理。7空调房间优化设计优化方案综述：由于原始方案并没有到达理想的设计效果因此在原始方案根底上提出一下三个优化改良方案，如表6-1去所示。方案一收敛曲线方案一房间温度方案一方案一人头部周围温度方案一人脚部周围速度流方案一总结由于在方案一思索了空气的浮力与重力要素，使得空气的流动更加均匀，室内的温度变化范围减小，但是人体周围以及房间平均温度依然有18°C左右，这样的温度对于夏季室内房间依然很低，需求对入风口温度进展调整。方案二收敛曲线方案二人脚部温度方案二方案二人头部温度方案二人脚部周围速度流方案二总结在方案二中看出出风口的温度变化对房间整体的温度场的影响还是比较大的，此次调整温度主要是思索符合国家规范的夏天空调房间温度不得低于26度的环保要求，对速度影响不大,出风口速度仍为0.6m/s。方案三收敛曲线方案三人剖面温度方案三方案三人头部温度方案三人脚部温度方案三人脚部周围速度流方案三人立体剖面周围速度流方案三总结经过对房间温度的分析，房间温度在25°C-26°C，气流速度在0.3m/s以下，这样的温度非常适宜人的办公，人不会感到冷，也不会感到枯燥，非常适宜人的学习办公。本章提出了三个优化方案，经过对于方案的不断改良，最后方案三到达了夏季空调房间的的温度与速度的要求，房间温度在控制在25°C-26°C，气流速度在0.4m/s以下，给生活在房间的人一个温馨的空间。也满足了环保节能的新时代要求。最后，方案三为最终夏季空调房间设计方案。结论在Gambit下建模，把原始的数据代入经过FLUENT得出最初的方案，并对方案进展分析后，发现气流容易构成漩涡，于是改动了入风口的方向使其与X,Y轴构成45度角得出优化方案一从分析结果看出室内温馨度取决于空气的流通，在空气不流通的地方室内空气温度会比较高，人会觉得到不温馨。经过结果数值模拟,以为0.4m/s的送风速度(风量10782m3/h)可以满足本次课题中对办公室风速的要求，衍生出方案二。经过对方案二的分析，发现室内温度过低，平均温度到达18°C以下，不符合新国家规范<室内空气质量规范>〔GB／T18883－2002〕在这种环境下任务影响人的身体安康，需求调整入风口的温度并对入风口速度进展了再次调整,将入风口的温度设为26°C，房间温度将被控制在25°C-