室內(nèi)空氣凈化器氣流組織的數(shù)值模擬研究李喜玉劉偉龍〔珠海格力電器股份家電技術(shù)研究院廣東珠海519070〕摘要：用AIRPAK軟件模擬室內(nèi)流場(chǎng)分布，并以速度不均勻系數(shù)為判據(jù)來(lái)分析各種情況下的流場(chǎng)；建立室內(nèi)速度不均勻系數(shù)與潔凈空氣量的關(guān)系。關(guān)鍵詞：AIRPAK、速度不均勻系數(shù)、潔凈空氣量NumericalSimulationandResearchofAirflowDistributionfortheRoomwiththeAirPurifierLIXi-yu，LIUWei-long〔HouseholdElectricInstituteofGreeElectricAppliances,Inc.ofZhuhai，519070，Guangdong，China〕Abstract:AnairpurifierroomwasnumericalsimulatedusingAIRPAK,andinthesameroomanalysesvariouskindsofvalleydistributionwiththecriterionwhichisestablishedbyasymmetriccoefficientofvelocity.ThepurposeistoestablishancontextbetweenAsymmetriccoefficientofvelocityandCADR.Keywords:AIRPAK、Asymmetriccoefficientofvelocity、CADR0引言空氣凈化器的目的是為了更好的凈化空氣中的有害物質(zhì)，潔凈空氣量、凈化效果和室內(nèi)的流場(chǎng)分布有很大的關(guān)系。設(shè)計(jì)一款同種類型的空氣凈化器時(shí)，需要根據(jù)房間的面積(A)確定空氣凈化器的送風(fēng)量，而目前送審的聯(lián)合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)有根據(jù)房間面積確定潔凈空氣量〔CADR〕的標(biāo)準(zhǔn)：A=0.1*CADR，需要潔凈空氣量與送風(fēng)量之間的關(guān)系，這樣就可以由房間面積來(lái)設(shè)計(jì)適宜風(fēng)量的空氣凈化器，因CADR值是一個(gè)和室內(nèi)氣流組織分布有直接關(guān)系的參數(shù)，室內(nèi)氣流組織的分布目前還缺乏一種定量合理的評(píng)價(jià)體系，本文以速度不均勻系數(shù)評(píng)價(jià)室內(nèi)氣流組織，所以，本文旨在建立潔凈空氣量和速度不均勻系數(shù)的關(guān)系曲線，根據(jù)該曲線可以得到相應(yīng)的CADR值所需要的K值，然后我們根據(jù)房間大小建立模型，給定一系列的風(fēng)量數(shù)值，用AIRPAK仿真得到該K值下所需要的風(fēng)量數(shù)值，即是所需的空氣凈化器風(fēng)量值A(chǔ)DDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王偉</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王偉</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">雙級(jí)壓縮空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)的研究</style></title></titles><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">碩士</style></volume><dates><year>2006</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京工業(yè)大學(xué)</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1-2]。1Airpak簡(jiǎn)介Airpak是FluentInc.公司推出的專門針對(duì)HVAC(暖通空調(diào))領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的一款CFD軟件，專門為暖通專業(yè)設(shè)計(jì)，內(nèi)置了許多模型，如房間、墻、風(fēng)口、人員、熱源等，能夠自動(dòng)網(wǎng)格化，能生成報(bào)表、動(dòng)畫、功能雖然沒(méi)有Fluent全面，但比Fluent專業(yè)；其界面較粗糙，仍采用Fluent作為求解器。對(duì)于比擬規(guī)那么的建筑物的模擬比擬精確，對(duì)于特殊外形的建筑物建模過(guò)程比擬繁瑣，可以準(zhǔn)確地模擬通風(fēng)系統(tǒng)的空氣流動(dòng)、空氣品質(zhì)、傳熱、污染和舒適度等問(wèn)題ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王偉</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王偉</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">雙級(jí)壓縮空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)的研究</style></title></titles><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">碩士</style></volume><dates><year>2006</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京工業(yè)大學(xué)</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]。本文是應(yīng)用AIRPAK軟件對(duì)空氣凈化器室內(nèi)氣流組織進(jìn)行仿真，并輸出室內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的速度數(shù)值，運(yùn)用Matlab軟件進(jìn)行編程，計(jì)算出室內(nèi)流場(chǎng)分布的速度不均勻系數(shù)，從而指導(dǎo)空氣凈化器的方案定制。2評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方案2.1室內(nèi)氣流組織的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)一款空氣凈化器時(shí)，需要根據(jù)房間的面積確定空氣凈化器的送風(fēng)量，而目前已送審的聯(lián)合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)有根據(jù)房間面積確定潔凈空氣量的標(biāo)準(zhǔn)：A=0.1×CADR，需要潔凈空氣量與送風(fēng)量之間的關(guān)系，這樣就可以由房間面積來(lái)選定適宜風(fēng)量〔Q〕的空氣凈化器，而如何把CADR與Q聯(lián)系起來(lái)，就需要找和CADR、Q均有關(guān)系的合理的中間橋梁—速度不均勻系數(shù)〔k〕ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王偉</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王偉</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">雙級(jí)壓縮空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)的研究</style></title></titles><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">碩士</style></volume><dates><year>2006</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京工業(yè)大學(xué)</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]。潔凈空氣量和房間體積、衰減系數(shù)有關(guān)，而深層次的應(yīng)該是由空氣凈化器的凈化性能、室內(nèi)氣流組織分布有關(guān)，對(duì)于一款凈化部件確定的空氣凈化器來(lái)說(shuō)，就僅與室內(nèi)氣流組織分布。而風(fēng)量也與室內(nèi)氣流組織分布具有直接的關(guān)系，k即是評(píng)價(jià)室內(nèi)氣流組織的參數(shù)。流場(chǎng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)：kx=/〔1〕2.2設(shè)計(jì)思路ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王偉</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王偉</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">雙級(jí)壓縮空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)的研究</style></title></titles><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">碩士</style></volume><dates><year>2006</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京工業(yè)大學(xué)</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4-5]這樣我們?cè)谠O(shè)計(jì)一全新空氣凈化器之前可以根據(jù)以下的思路來(lái)制定這款空氣凈化器的方案：〔1〕針對(duì)一款固定凈化類型的空氣凈化器建立CADR和速度不均勻系數(shù)k之間的關(guān)系，建立CADR和k曲線，這種關(guān)系是通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真共同得到的。〔2〕設(shè)計(jì)所針對(duì)的戶型〔即房間面積S〕根據(jù)A=0.1×CADR得到CADR值，根據(jù)〔1〕得到相應(yīng)的k值，最后利用AIRPAK及其仿真結(jié)果得到數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行估算，從而得到送風(fēng)量Q。3實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：空氣凈化器：待測(cè)風(fēng)量、CADR；制冷研究院風(fēng)量實(shí)驗(yàn)室：用于空氣凈化器風(fēng)量測(cè)試塵埃粒子計(jì)重儀YFB-036：CADR測(cè)試儀器；實(shí)驗(yàn)艙：測(cè)潔凈空氣量室內(nèi)塵埃初始濃度約10mg/m33.2CADR實(shí)驗(yàn)方法在一個(gè)放置空氣凈化器的標(biāo)準(zhǔn)3.5m×3.4m×2.潔凈空氣量：表征空氣凈化器凈化能力的參數(shù)，用單位時(shí)間提供潔凈空氣的量值表示CADR=60V(ke-kn)〔2〕CADR——潔凈空氣量，單位為立方米每小時(shí)〔m3/h〕；V——測(cè)試房間的體積〔m3〕；ke——總衰減率〔min-1〕；kn——自然衰減率〔min-1〕。3.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1KJG300A凈化倉(cāng)潔凈空氣量實(shí)驗(yàn)電壓/V送風(fēng)量m3/h功率WCADRm3/h能效等73160163.446.9701.49180195.357901.58200227.367.21041.55220257.2901481.64240282.3901491.66250293.8941601.704仿真測(cè)試艙的內(nèi)部容積為30m3，內(nèi)部尺寸為3.5m×3.4m×2.5m圖1測(cè)試倉(cāng)、空氣凈化器、進(jìn)出口幾何模型圖2Z=0.48m室內(nèi)截面速度矢量圖從圖2上，肉眼感官很難定性定量的來(lái)衡量氣流組織的分布，本文，把AIRPAK計(jì)算出的室內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的速度值輸出文件，并借助Matlab自行編程，一次求取室內(nèi)平均流速、速度方差和速度分布不均勻系數(shù)；計(jì)算程序如圖3；表2Matlab編程計(jì)算所得速度平均值、速度方差表3Matlab計(jì)算程序和速度不均勻系數(shù)電壓/V送風(fēng)量m3/h速度平均值m/s速度方差108速度不均勻系數(shù)1401320.09382.88873.0786160163.40.10883.36413.0927180195.30.12366.0694.9098200227.30.14665.51683.762220257.20.16714.53612.7147240282.30.18692.70371.4466250293.80.19598.70744.44485結(jié)論與分析把上述風(fēng)量、潔凈空氣量、速度不均勻系數(shù)等數(shù)據(jù)匯總，并繪制關(guān)系曲線，分析各種曲線之間的相互關(guān)系；各參數(shù)之間的關(guān)系曲線如以下圖形所示：圖3潔凈空氣量隨送風(fēng)量的變化圖4速度不均勻系數(shù)隨送風(fēng)量的變化圖5速度不均勻系數(shù)隨潔凈空氣量的變化圖6速度不均勻系數(shù)與空氣凈化器擬合曲線5.1、從圖3送風(fēng)量與潔凈空氣量的關(guān)系曲線可見(jiàn)，隨著過(guò)濾式空氣凈化器送風(fēng)量的增加，該空氣凈化器的潔凈空氣量也相應(yīng)增大，但是隨著風(fēng)量增大到一定程度時(shí)，潔凈空氣量的增加趨勢(shì)逐漸減弱，由此可見(jiàn)潔凈空氣量與送風(fēng)量呈正相關(guān)的趨勢(shì)。5.2、從圖4室內(nèi)流場(chǎng)速度不均勻系數(shù)與送風(fēng)量的關(guān)系曲線可見(jiàn)，隨著送風(fēng)量的增加，室內(nèi)流場(chǎng)不均勻系數(shù)先增加，在送風(fēng)量到達(dá)200m3/h的時(shí)候，速度不均勻系數(shù)到達(dá)最大值，約為4.9107，然后，隨著送風(fēng)量再繼續(xù)增加的時(shí)候，速度不均勻系數(shù)呈下降趨勢(shì)。5.3、由圖5—6綜合起來(lái)把室內(nèi)速度不均勻系數(shù)與潔凈空氣量相關(guān)聯(lián)，得到速度不均勻系數(shù)與潔凈空氣量的關(guān)系曲線〔圖3〕；本實(shí)驗(yàn)是在KJG300A空氣凈化器的強(qiáng)檔工作狀態(tài)下把電壓從140V—240V的情況下測(cè)試的，相應(yīng)的空氣凈化器的送風(fēng)量從132m3/h—294m3/h，潔凈空氣量從64m3/h—149m3/h，在此范圍內(nèi)，速度不均勻系數(shù)是隨著空氣凈化器送風(fēng)量的增加先增大，再逐漸減小，隨著CADR潔凈空氣量的增加，室內(nèi)流場(chǎng)不均勻系數(shù)先增加，在送風(fēng)量到達(dá)90m3/h的時(shí)候，速度不均勻系數(shù)到達(dá)最大值，約為4.9107，然后，隨著送風(fēng)量再繼續(xù)增加的時(shí)候，速度不均勻系數(shù)呈下降趨勢(shì)。5.4、圖6是用MATLAB把室內(nèi)速