各位同學(xué)，大家好，我是七師兄，在前面的課程中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了CFD的基本概念、控制方程、邊界條件、初始條件、計(jì)算過(guò)程和算法，那么前面這幾節(jié)課主要講的是軟件這一塊的理論知識(shí)。今天，我們來(lái)學(xué)習(xí)Airpak高級(jí)班的第五節(jié)課的內(nèi)容《射流理論和區(qū)域模型》，這里主要涉及到我們的研究對(duì)象，流體流動(dòng)的理論知識(shí)。

5.1 這一節(jié)將主要介紹兩種應(yīng)用廣泛、計(jì)算速度快的室內(nèi)空氣流動(dòng)預(yù)測(cè)方法,即射流理論和區(qū)域模型,并在此基礎(chǔ)上對(duì)二者進(jìn)行比較。

那么什么是射流呢？我們來(lái)看下概念。

射  流：指流體從管口、孔口、狹縫射出，或靠機(jī)械推動(dòng)，并同周圍流體摻混的一股流體流動(dòng)。經(jīng)常遇到的大雷諾數(shù)射流一般是無(wú)固壁約束的自由湍流。這種湍性射流通過(guò)邊界上活躍的湍流混合將周圍流體卷吸進(jìn)來(lái)而不斷擴(kuò)大，并流向下游。射流在水泵、蒸汽泵、通風(fēng)機(jī)、化工設(shè)備和噴氣式飛機(jī)等許多技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

我們來(lái)看下，這個(gè)圖片，這個(gè)是一個(gè)高鐵站的候車室，我們國(guó)內(nèi)高鐵站候車室，一般有兩層，中間鏤空，是一個(gè)層高很高的高大空間，在二層的側(cè)墻，會(huì)有很多的碰口，那這種噴口就是屬于射流的一種，他的風(fēng)送風(fēng)口出來(lái)的時(shí)候，速度很大，在射流的過(guò)程中，會(huì)不斷卷吸周圍的空氣。  我們知道，在室內(nèi)，送風(fēng)口空氣的射流是形成室內(nèi)不同氣流組織的主要因素。由于送風(fēng)末端不同、射流空氣與室內(nèi)空氣溫度不同,可形成不同類型的送風(fēng)口空氣射流。一般來(lái)說(shuō)當(dāng)射流的雷諾數(shù)Re大于30時(shí),射流就成為湍流流動(dòng)?？照{(diào)房間中的送風(fēng)口射流的雷諾數(shù)通常都遠(yuǎn)大于30,因此均可視為湍流射流。

區(qū)域模型是在20世紀(jì)70年代由1ebrun首先提出的,主要用于描述住宅房間內(nèi)的溫度分層現(xiàn)象,預(yù)測(cè)房間溫度、能源效率、熱舒適以及空氣質(zhì)量等,后來(lái)該模型得到了廣泛發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)情況下室內(nèi)環(huán)境的擬。其研究焦點(diǎn)是分區(qū)方法和流量計(jì)算。

5.2  根據(jù)送風(fēng)口類型以及送風(fēng)條件,如初始溫度、房間幾何尺寸、送風(fēng)角度等,可以將送風(fēng)射流分為不同種類:等溫射流和非等溫射流；自由射流和受限射流；

貼壁射流：如果貼附于墻壁或者天花板則稱作貼壁射流

受限射流：如果由于射流前方的墻壁阻擋使得射流受回流影響,則叫受限射流(狹義的受限射流)。射流特性受送風(fēng)口類型影最大,而通常利用射流公式設(shè)計(jì)室內(nèi)氣流組織時(shí),主要是根據(jù)送風(fēng)口種類選用不同的射流公式。根據(jù)送風(fēng)口種類可將送風(fēng)射流分為如下幾類：

(1)密集射流 從百葉、格柵、圓形噴嘴、圓形送風(fēng)口、方形送風(fēng)口以及長(zhǎng)寬比較小的送風(fēng)口送出的射流屬于此類,其特點(diǎn)是射流為三維或者輔對(duì)稱的,或者發(fā)展到一定階段是軸對(duì)稱的

(2)線性(平面)射流 從條縫風(fēng)口或者具有大長(zhǎng)寬比矩形風(fēng)口送出的射流屬于此類,具有二維的特性,射流速度在平面內(nèi)對(duì)稱。

5.3 接下來(lái)我們具體的看下，各種風(fēng)口，他射流出來(lái)的氣流，運(yùn)動(dòng)的情況。

5.4  射流理論本身只能考慮比較簡(jiǎn)單的情形，因此許多涉及到許多實(shí)際工程，需要進(jìn)行校核。對(duì)于體育館、劇場(chǎng)等大空間屬于自由射流，對(duì)于百葉、散流器等風(fēng)口，在實(shí)際工程的有限空間流動(dòng)可以用公式進(jìn)行校核。對(duì)于溫度的校核可以用Re類比，將速度衰減公式的系數(shù)除以普朗特?cái)?shù)的到溫差衰減系數(shù)。（普朗特?cái)?shù)取0.9~1.0）。右側(cè)列出了我們常見風(fēng)口形式的修正系數(shù)。我們做一個(gè)了解。

 5.5 對(duì)于空間較小的情況，由于受到貼附的頂板或周圍墻壁的影響，送風(fēng)射流往往是受限的。

具體的氣流組織形式，與實(shí)際的風(fēng)口位置、空調(diào)通風(fēng)房間的尺寸以及室內(nèi)的物體布置情況有關(guān)，難以用具體的公式來(lái)表達(dá)，但是可以通過(guò)CFD模擬的方法進(jìn)行研究。側(cè)送氣流組織：側(cè)送風(fēng)形式一般用在高大空間、劇場(chǎng)、住宅、商場(chǎng)等建筑室內(nèi)，通常采用上部側(cè)送形式。此時(shí)的射流屬于貼附射流，對(duì)于空調(diào)側(cè)送風(fēng)，處理要重點(diǎn)關(guān)注工作區(qū)域平均速度、溫濕度之外，還要重點(diǎn)關(guān)注送風(fēng)射流的貼附長(zhǎng)度，因?yàn)槿绻屠滹L(fēng)射流過(guò)早脫落頂板進(jìn)入人工作區(qū)，會(huì)對(duì)人體造成明顯的吹風(fēng)感。通常認(rèn)為，貼附長(zhǎng)度不小于房間長(zhǎng)度的0.6倍。

5.6 區(qū)域模型的基本思想是將房間劃分為有限的不同區(qū)域(Zone),每個(gè)區(qū)域內(nèi)的空氣物理參數(shù)如溫度、濕度、污染物濃度均勻一致。每個(gè)區(qū)域滿足空氣質(zhì)量流量、組分質(zhì)量和能量的平衡，通過(guò)建立相應(yīng)的平衡方程求解每個(gè)區(qū)域的空氣參數(shù)。

區(qū)域模型的假設(shè)

1）各區(qū)域內(nèi)空氣溫度、密度等參數(shù)均勻一致

2）各區(qū)域直接相連的邊界可以有流體穿過(guò)。

3)各區(qū)域設(shè)有獨(dú)立的定壓點(diǎn)。

4)各區(qū)域內(nèi)流體沿高度方向的壓力分布符合流體靜力學(xué)規(guī)律。

相比于計(jì)算流體力學(xué)方法,區(qū)域模型具有如下特點(diǎn):

1)房間節(jié)點(diǎn)數(shù)大大減少,且方程線性程度較好,從而計(jì)算量顯著減少。

2)計(jì)算結(jié)果不及CFD詳盡,但大大優(yōu)于集總參數(shù)方法。

3)特別適合于動(dòng)態(tài)分析,例如較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的變化規(guī)律。

5.7區(qū)域模型的基本方法

采用區(qū)域模型模擬察內(nèi)環(huán)境時(shí),通常按照下述步驟進(jìn)行:

1)分區(qū)。將房間劃分為不同的區(qū)域(Zone)

2)區(qū)域間的流量計(jì)算。計(jì)算區(qū)域之間空氣流量的交換量。

3)建立各個(gè)區(qū)域的空氣參數(shù)平衡方程。

       4)聯(lián)立求解平衡方程組得到結(jié)果。