某大廈空調室外機溫度場數值模擬

廣東美的暖通設備有限公司　鄧建云

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某大廈空調室外機溫度場數值模擬

廣東美的暖通設備有限公司鄧建云

本文對某大廈空調室外機溫度場進行數值模擬，并發現原方案機組的運行環境比較惡劣，根據數值分析，通過對風管出風方向的改變以及機組位置的布置，達到提高外機的換熱效果，優化運行環境。

室外機；溫度場；數值模擬

1.控制方程及邊界條件

本文討論的問題簡化為三維、不可壓縮、穩態、湍流的物理過程，控制方程如下：

2.物理模型

對于模擬多樓層室外機溫度場耦合計算時，只取9層樓室外機計算其溫度場。對問題求解起到一定簡化作用，同時又不失結果的可靠性。第6、7、9～14層、分別依次放置16HP、14HP、14HP、10HP、14HP、16HP六臺外機；第8層依次放置16HP、14HP、14HP、10HP、10HP、16HP六臺外機。

圖1　物理模型

3.邊界條件設置

在物理模型的邊界條件按以下方法進行：所有機器單個風輪風量為均為7000m3/h，大氣外環境溫度為35℃，外機設定為內熱源（Source Term-Energy），其散熱量按照下述方法求?。簩τ?6HP外機，每臺外機的體積熱源為：31440W/m3；而對于14HP外機，每臺外機的體積熱源為：27959W/m3；對于10HP外機，每臺外機的體積熱源為：19550W/m3；模擬過程中取環境風速為0 m/s。

圖2　溫度場（縱向剖面/橫向剖面）

圖3 速度矢量圖（縱向剖面/橫向剖面）

4.計算結果及分析

模擬結束后，風散的流量如第一樓第一臺外機兩個風輪的流量分別為：6935.5m3/h，7317.6 m3/h。其余外機的設置與之相同，夠滿足每個風輪7000 m3/h的標準。

4.1溫度場分布（見圖2）

4.2速度場分布（見圖3）

4.3模擬結果分析能

表1　6～10樓層外機回風面溫度

由溫度場和速度矢量圖以及回風溫度表可以看出：（1）機組的運行環境比較惡劣，尤其是1～4號機，由于玻璃木墻的阻擋，導致1號機器左邊的外界新風回流相當少，在角落處形成閉循環（如圖中紅色箭頭所示），換熱相當惡劣。（2）隨著樓層的升高雖然5、6號機回風溫度并不是很高，但1～4號機的回風面溫度是越來越高的。

5.改善方案

從模擬結果發現需要對原方案進行優化，改善外機運行環境。這里只取6～9層作為計算對象進行模擬分析，四臺并排放置的機組編號分別為1、2、3、4號機，出風風道改為圓弧型，與外力墻成45°這樣做的目的能夠對這四臺機組的回風通道變大，有利于外機的散熱。同時并讓1、2號機往3、4號機方向移動些距離，2、3號機之間的距離為500mm，其他機組間距離為200mm。如圖4所示。

圖4　俯視圖，紅色箭頭代表出風方向（左邊為原直風管——修改前，右邊為加圓弧風管斜出風——修改后）

5.1計算結果及分析

模擬結束后，單個風扇的流量6640m3/h。其余外機的設置與之相同，能夠滿足每個風輪7000 m3/h的標準（未考慮損失）。

5.2溫度場（見圖5）

圖5　溫度場（縱向剖面/橫向剖面）

圖6　速度矢量圖（縱向剖面/橫向剖面）

5.3速度矢量場（見圖6）

5.4模擬結果分析

改善方案各外機回風面平均溫度列入下表：

表2　6～9樓層外機回風面溫度

由計算溫度云圖和上表中計算結果可以看出：

可以發現通過方案的優化：

（1）由于風道出風方向的改變以及四臺機組盡量往不銹鋼煙囪的方向靠攏，由速度矢量圖可以看出1號機左面的玻璃木墻沒有很明顯的擋住外界大氣對機組的回風，如圖中箭頭所示，外界氣流能夠比較好的補充外機器的回風。

（2）較原方案外機的回風面溫度明顯降低，回風溫度在37°～42°不等，外機的運行環境得到改善。

6.總結

通過對某大廈空調室外機溫度場數值模擬，發現原外機安裝方式下，機組運行環境相當惡劣，外機的回風面溫度隨著樓層的升高越來越高，通過優化外機的出風風道方向及外機位置適當的調整，外機的運行環境得到改善。在空調設計安裝過程中可以借鑒參考。

［1］楊世銘，陶文銓.傳熱學［M］.北京:高等教育出版社，20O6.

［2］江帆，黃鵬.Fluent高級應用與實例分析［M］.北京:清華大學出版社，20O8.

［3］王福軍.計算流體力學分析—CFD軟原理與應用［M］.北京:清華大學出版社，20O7.

鄧建云（1977—），男，四川江油人，畢業于重慶大學動力工程學院、制冷及低溫技術專業，碩士，廣東美的暖通設備有限公司開發二部部長，研究方向：中央空調系統設計。