散流罩外部流场的数值模拟及验证.pdf

2005 Fluent 中国用户大会论文集

某型散流罩外部流场的数值模拟研究

韩浩徐新喜
(国家生物防护装备工程技术研究中心,天津 300161)

摘要:目的: 分析特定散流罩外部流场的特点,计算求得对室内气流组织进行数值模拟所需的速度边界条件。方法:运用
计算流体动力学理论和有限体积技术选择数值仿真方法,“轴流风机+散流罩”型设备进行气流速度场
的数值模拟,通过PIV试验对数值仿真结果进行了初步验证。结果:模拟得到的散流罩外部气流速度场与PIV试验结果吻合较
好。结论:数值仿真方法合理可行,数值模拟的结果有助于解释流场中出现的某些异常现象,得到的速度场可以作为室内气
流组织数值模拟的边界条件。
关键词:散流罩数值模拟计算流体动力学 PIV技术试验验证

0 引言
室内气流组织是影响通风空调系统优劣的重要因素。对于采用机械送风的通风空调系统,送风口出流
特性是影响室内气流组织的重要因素。在用数值模拟方法预测通风空调房间气流组织时,通常将送风口处
的气流速度简化为均匀分布。而实际的通风空调系统,送风口出流可能存在不均匀[1-2]。在某些情况下,由
于空间限制,常常将轴流风机与散流罩直接相连组成通风系统,送风口处的流场更加复杂,有必要对单一
旋转射流经过散流罩后的流场形态和参数进行研究。
近几年来,putational Fluid Dynamics,简
称 CFD)的发展,在室内通风空调系统设计中也逐步普及采用 CFD 技术来模拟气流组织、预测热舒适、优化
设计方案。本文利用 Fluent 公司推出的 这一专业软件,对“轴流风机+散流罩”型通风设备进
行了模拟研究,进而得到了数值模拟室内气流组织所需的速度边界条件。

1 物理模型
实际安装时,轴流风机及散流罩均安装在房间侧壁上,两者中心在同一轴线上。如图 1 所示。仅考虑
恒温条件下的通风状态。
轴流风机型号为:SUNON DP201A-2123HBL,额定转速:2750RPM±7%,特性曲线如图 2 所示。风机内
部直径 115mm,轮轴直径 66mm,“X”型支架宽度 3mm,厚度 3mm,如图 3 所示。
散流罩的主要尺寸为 245mm×245mm×(L×W×H),厚度 1mm,叶片宽度 3mm,有效面积系数 。





[作者简介] 韩浩(1979-),男,河南省南阳市人,在读博士研究生,研究方向为人机环境系统工程。
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图 1 轴流风机及散流罩装配示意图图 2 轴流风机特性曲线

图 3 轴流风机示意图图 4 轴流风机及散流罩模型

2 数值模拟方法
考虑计算机内存容量和计算速度,在不影响计算结果的前提下,适当简化模型。如图 4 所示。轴流风
机直接采用软件自带 fan 模型,并导入风机特性曲线。
空气流动的数学模型
CFD 技术在一般通风系统中的应用是基于对室内不可压缩气体质量、动量、能量守恒微分方程的离散
化处理及其数值解析。
散流罩内外的舱室空气流动和传热可由质量、动量和能量守恒方程来描