利用CFD方式研究室內(nèi)濕度和結(jié)露分布

1、利用CFD方式研究室內(nèi)濕度和結(jié)露分布            摘要：本文首先建立了在氣流場，溫度場之外，能夠分析室內(nèi)濕度分布，結(jié)露分布，計算結(jié)露量動態(tài)形成過程的CFD計算模型，并給出了自由水面熱濕同時移動的計算新方法；通過與模型試驗結(jié)果的比較，驗證了計算模型的精確性；最后通過具體算例，發(fā)現(xiàn)通風(fēng)方式對室內(nèi)濕度分布和結(jié)露的形成影響很大，在室內(nèi)濕度較大的場合，可以通過通風(fēng)方式的優(yōu)化設(shè)計更有效地解決除濕和結(jié)露問題。 關(guān)鍵詞：CFD模擬 結(jié)露 濕度 通風(fēng) 1.前言濕度環(huán)境問題不同于其他室

2、內(nèi)污染問題，濕度過高或過低都將嚴(yán)重影響建筑物性能和居住者健康。濕度過低，人會產(chǎn)生干燥等不適感，引起墻體裂縫，木制板材變形，另外據(jù)北歐學(xué)者的研究，流感病菌在低濕度下生存率明顯增加；而濕度過高，一方面造成墻體表面及內(nèi)部結(jié)露，降低墻體斷熱和耐久性，影響建筑物壽命1，另一方面，當(dāng)濕度超過70%時，會帶來霉菌（Fungi）的大量繁殖，引起過敏性皮炎，哮喘等疾病，影響居住者的身體健康2-5。我國地域遼闊，不同地區(qū)室內(nèi)濕度環(huán)境呈現(xiàn)出不同的特點。因此，深入地研究室內(nèi)濕度環(huán)境問題具有重要的意義。隨著計算機功能的飛速發(fā)展，CFD仿真技術(shù)在建筑環(huán)境領(lǐng)域，如室內(nèi)溫度場分布，換氣效率，人體周邊微環(huán)境等研究中日益得到應(yīng)用

3、。但是到目前為止，國內(nèi)外利用CFD技術(shù)分析研究室內(nèi)濕度分布規(guī)律的還很少6，7，而以此研究室內(nèi)結(jié)露的形成和發(fā)展的還沒有。2.考慮濕度和結(jié)露計算的CFD修正模型本研究中采用標(biāo)準(zhǔn)k-紊流模型。但考慮到水蒸氣含量較大時空氣密度會出現(xiàn)變化，從而影響浮力的計算，依據(jù)近藤等提出的方法8，對模型進行了修正，在浮力項中導(dǎo)入x。修正的濕結(jié)露CFD計算模型見表1。另外，本研究中還考慮了結(jié)露量的計算。由于結(jié)露的形成是一個動態(tài)的過程，提出了兩個隨時間變化的指標(biāo)：至?xí)r間t，1）單位壁面積上的結(jié)露量CON(s,t)；2)壁面總結(jié)露量SUMCON(t)。計算方法及其與CFD模型的結(jié)合見圖1。另外，建筑內(nèi)的濕源，如浴室和廚房等

4、，由于自由水面面積較大，水溫一般高于周圍空氣溫度較多，水蒸氣分子在擴散過程中還同時伴隨有熱的交換。如果不考慮這種熱濕的同時傳遞將會給室內(nèi)溫濕度分布和氣流計算結(jié)果帶來較大的誤差。由于這方面的研究較少9，我們通過試驗發(fā)現(xiàn)自由水面的熱濕傳遞量m和qm由以下公式確定，然后可以向上的熱濕流束的形式作為內(nèi)部邊界條件代入CFD計算中：運動方程： 輸送方程： 輸送方程： 渦粘性系數(shù)等相關(guān)項： （2）式中     2007-04-21        對應(yīng)于水溫的飽和蒸汽壓力，kpa；水溫，；水

5、蒸氣的蒸發(fā)潛熱，kJ/kg；新提出的參數(shù)，它代表由水蒸氣擴散引起的實際散熱量與水蒸氣全熱交換時的最大散熱量的比值。事實上，由于一部分水蒸氣從水面蒸發(fā)的途中只進行了顯熱交換，沒有發(fā)生相變， （3）3.模型試驗為驗證所建濕結(jié)露CFD計算模型的正確性，在日本東京燃?xì)夤炯夹g(shù)研究所的人工氣象室建立了模型小室，進行了模型試驗，并比較了模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)。模型的概要見圖2。模型小室由聚乙烯板制成，小室中通過地面上的加濕器和水的溫控來調(diào)節(jié)和模擬各種加濕工況，加濕量由電子天平測量加濕器的重量變化求得。小室外壁上部和下部分別設(shè)開口，安裝有小型軸流風(fēng)機的通風(fēng)短管可連接在開口上，可利用風(fēng)機位置的變化來模擬不同的通風(fēng)方式。小室內(nèi)的風(fēng)量由通風(fēng)短管內(nèi)安置的微風(fēng)速儀測定。除了小室外部的溫濕度外，在小室中心斷面上布置了14個溫濕度測定元件（THP-B4，日本神榮公司）進行溫濕度分布的測定。試驗與模擬工況見表2。其中工況1為驗證室內(nèi)溫濕度分布的穩(wěn)態(tài)計算，工況2為驗證結(jié)露形成與發(fā)展的動態(tài)計算。通風(fēng)方式均為下送上排的機械排風(fēng)方式。試驗工況 表2 工況編號氣象室條件加濕器水溫（）加濕量（g/h）通風(fēng)量（m3/h）進風(fēng)溫度溫度（）濕度（%）114.