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(jì)算結(jié)露量動(dòng)態(tài)形成過程的CFD計(jì)算模型，并給出了自由水面熱濕同時(shí)移動(dòng)的計(jì)算新方法；通過與模型試驗(yàn)結(jié)果的比較，驗(yàn)證了計(jì)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(jì)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(huì)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(shí)，會(huì)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(diǎn)。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(jì)算機(jī)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(jì)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(shí)空氣密度會(huì)出現(xiàn)變化，從而影響浮力的計(jì)算，依據(jù)近藤等提出的方法8，對模型進(jìn)行了修正，在浮力項(xiàng)中導(dǎo)入x。修正的濕結(jié)露CFD計(jì)算模型見表1。另外，本研究中還考慮了結(jié)露量的計(jì)算。由于結(jié)露的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，提出了兩個(gè)隨時(shí)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(jì)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(kuò)散過程中還同時(shí)伴隨有熱的交換。如果不考慮這種熱濕的同時(shí)傳遞將會(huì)給室內(nèi)溫濕度分布和氣流計(jì)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(yàn)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(jì)算中：運(yùn)動(dòng)方程： 輸送方程： 輸送方程： 渦粘性系數(shù)等相關(guān)項(xiàng)： （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(kuò)散引起的實(shí)際散熱量與水蒸氣全熱交換時(shí)的最大散熱量的比值。事實(shí)上，由于一部分水蒸氣從水面蒸發(fā)的途中只進(jìn)行了顯熱交換，沒有發(fā)生相變， （3）3.模型試驗(yàn)為驗(yàn)證所建濕結(jié)露CFD計(jì)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(jìn)行了模型試驗(yàn)，并比較了模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)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(jī)的通風(fēng)短管可連接在開口上，可利用風(fēng)機(jī)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(gè)溫濕度測定元件（THP-B4，日本神榮公司）進(jìn)行溫濕度分布的測定。試驗(yàn)與模擬工況見表2。其中工況1為驗(yàn)證室內(nèi)溫濕度分布的穩(wěn)態(tài)計(jì)算，工況2為驗(yàn)證結(jié)露形成與發(fā)展的動(dòng)態(tài)計(jì)算。通風(fēng)方式均為下送上排的機(jī)械排風(fēng)方式。試驗(yàn)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(jìn)風(fēng)溫度溫度（）濕度（%）114.