摘　要：针对设置侧墙上置送风口置换通风系统的房间，采用CFD软件对室内空气速度场、温度场进行模拟。根据模拟结果，分析贴附射流、冲击射流的发展过程，评价侧墙上置送风口置换通风系统的通风效果。

关键词：置换通风  侧墙上置送风口  贴附射流  冲击射流  通风效果

Assessment of Displacement Ventilation Flow Field with High Sidewall Outlet and Ventilation Effect

Abstract：For a room using displacement ventilation system with high sidewall outlet，the indoor air velocity field and temperature field are simulated by CFD software．The development process of the attaehed jet and impact jet is analyzed according to the simulation results．The ventilation effect of displaeement ventilation system with high sidewall outlet is assessed．

Keywords：displacement ventilation；high sidewall outlet；attached jet；impact jet；ventilation effect

置换通风是以房间内热源(人员、设备等)产生的热浮升力为动力使室内空气热力分层的通风方式^[1-2]。传统置换通风系统往往采取下置送风口的布置形式，这种布置形式占用了室内下部的有效空间，在某些场所送风口难以布置。为了解决传统置换通风系统的不足，学者们提出将送风口上置，形成侧墙上置送风口的置换通风系统^[3-5]。本文对侧墙上置送风口置换通风流场进行模拟，并评价通风效果。

1　模拟方案

①房间的物理模型

房间的物理模型见图1，房间的长×宽×高为3.40m×2.90m×2.95m。房间围护结构视为绝热，送风装置安装于侧墙上部，送风口高度为2.2m。回风口位置见图l，尺寸为0.4m×0.4m。模型房间内有2盏荧光灯，电功率均为36W。人体、计算机等热源靠近回风口一侧的墙边，人体和计算机的发热量分别为l00W／人、300W／台。将房间内的人体、计算机、桌子等分别简化成规格不同的立方体，简化后房间内物体具体数量及尺寸见表1。

②模拟方案

针对供冷工况，采用CFD软件模拟室内速度场、温度场，根据模拟结果分析贴附射流、冲击射流的发展过程，并评价侧墙上置送风口置换通风系统的通风效果。房间供冷负荷指标为48W／m²。室内的送风射流由气体贴附墙壁的贴附射流与沿地板扩散的冲击射流组成^[6-7]，选取送风温度295K、送风速度0.3m／s作为典型工况。

③测点布置及代表测点选取

均匀分割xy平面，布置测点，获取各测点不同三坐标上的模拟数据，测点布置方式见图2。其中测点5～7为贴附射流空间的测点，我们选取测点6作为射流空间的代表测点；测点2～4为人体活动区的测点，我们选取测点3作为人体工作区的代表测点；选取测点l为热源附近测点，但由于测点1被人体占据，因此我们选取测点1¢作为热源附近测点，x、y轴坐标为(1.20m，1.45m)。

2　数值模拟结果与分析

2.1　设定

设定房间围护结构内壁之间无辐射换热。房间内气流为不可压缩的牛顿流体。根据Boussinesq假设，认为流体密度变化仅对浮升力有影响，流体中的黏性耗散忽略不计。

2.2　模拟结果与分析

①贴附射流、冲击射流发展过程

yz平面(x=3.3m)速度云图见图3，yz平面(x=3.3m)对称轴(z轴方向)的流速见图4。由图3、4可知，贴附射流的流速沿射程方向呈现先增大后减小的变化趋势。这种变化是贴附射流在发展的过程中，受竖向惯性力和竖向浮升力共同作用的结果。由于送风温度较低，在出口阶段气流密度较大，气流竖向惯性力作用比竖向浮升力作用明显，因此对气流起着加速作用。随着贴附射流的发展，气流温度升高，竖向浮升力作用加强以及气流接近地面时受阻，流速逐渐下降。

由图4可知，贴附射流最大流速出现在高度l.0m左右。这提示我们不能将送风口的安装高度无限制提高，应使得最大流速尽量落在热力分层界面(热力分层界面将室内空气沿竖向分为上部湍流混合区，下部层流清洁区)以下，以尽量减小送风与热力分层界面上部污浊空气掺混。

当贴附射流接近地面时，逐渐形成冲击地板面的冲击射流^[7]。xy平面(z=0.1m)速度云图见图5，xy平面(z=0.1m)对称轴(x轴方向)的流速见图6。

由图5、6可知，贴附射流在转化为冲击射流的一段区域内，流速先明显增大，然后逐渐减小。这主要是由于贴附射流在近地面转化为冲击射流时，气流在冲击地面时在地面上扩散开来，使得流速在这段区域内明显增大，但随着冲击射流在地面上迅速蔓延扩散，动量逐渐减小，流速降低。虽然冲击射流的流速沿流程逐渐减小，但是还能够有效地到达人员活动区域。在x=1.3m处，流速小于0.15m／s，人体不会感到有吹风感，满足了人体舒适要求。

②通风效果

对通风效果的影响，从本质上可认为是对室内空气竖向热力分层的影响，下部层流清洁区竖向温度梯度越小，上部湍流混合区竖向温度梯度越大，通风效果越好^[8]。

测点6、3、1¢的竖向温度分布分别见图7～9。由图7～9可知，3个测点的温度沿高度方向(三轴方向)逐渐增大。对于测点6、3，在0.1～1.2m高度范围内温度缓慢升高，当高于1.2m后温升速度较快。对于测点l¢，在0.1～2.0m高度范围内温度缓慢升高，在0.2～1.5m高度范围内温度出现波动，这一高度区域恰好与坐姿下的人体脚踝到高于头顶30cm一段吻合。当高于2.0m后，温升速度较快。

由图7可知，贴附射流区域也存在热力分层。这是由于送风口适当的安装高度使得送风气流最大流速出现在热力分层以下，在竖向惯性力的作用下使送风气流能较快地到达地面，减小了贴附射流在上部空间对周围空气的卷吸，冲击射流在地面上的迅速衰减减少了吹风感。因此，侧墙上置送风口置换通风方式与传统置换通风方式具有一样明显的热力分层特征。

由图8、9可知，越接近热源位置，热力分层越明显，这说明冲击射流对室内温度分层的影响进一步减弱。测点1¢的0.2～1.5m高度范围出现温度波动，是由于人体附近的空气受人体加热，温度升高。

3　结论

对于侧墙上置送风口的置换通风系统，由贴附射流与冲击射流形成的组合射流在室内能形成很好的热力分层，符合置换通风要求，通风效果良好。

参考文献：

[1]王洪成，李汛．地板辐射与置换通风组合空调系统的模拟[J]．煤气与热力，2006，26(11)：60-63．

[2]常茹，于齐东．置换通风系统设计计算参数控制及应用[J]．煤气与热力，2012，32(2)：A30-A32．

[3]魏京胜．上置置换通风风15特性及气流组织实验研究(硕士学位论文)[D]．西安：西安建筑科技大学，2005：56-73．

[4]赵建博，王智伟，黄晓瑞．风口上置置换通风的实验研究[J]．建筑节能，2007，35(7)：15-17．

[5]黄晓瑞，王智伟，郭聪．侧墙上置风口置换通风规律实验研究[J]．西安科技大学学报，2009，29(2)：170-174．

[6]张旺达．竖壁贴附射流及其空气池现象的预测与可视化验证(硕士学位论文)[D]．西安：西安建筑科技大学，2006：41-65．

[7]ADBEL-FATFAH A．Numerical and experimental study of turbulent impinging twin-jet flow[J]．Experimental Thermal and Fluid Science，2007(31)：1061-1072．

[8]王晓彤，陈俊俊，李义科，等．热源特性对置换通风热力分层高度影响的分析[J]．建筑热能通风空调，2005，24(3)：69-72．

本文作者：林杨  王丽文  吕建

作者单位：天津城建大学能源与安全工程学院

  天津大学建筑设计研究院