解析空调制冷制热时室内气流及温度分布数值

减小字体 增大字体 作者:李大振  来源:本站整理  发布时间:2013-07-18 10:13:06

当前,在对空调的研究中,有一个非常重要的重点问题就是如何实现房间内的快速升温和降温,因此,对于掌握房间内气流和温度的分度曲线非常重要。数值模拟的方法具有速度快、精度高、可视性好等优点,很适合进行室内温度和气流变化的分析。

1 数值研究的主要模型

在进行二维空间的计算,房间高3.5m,长6m,空调距离地面的高度是2.5m,房间内部的初始温度是30℃和9℃,而空调自身出风口的温度是18℃和42℃(前面的温度是制冷、后面的温度是制热)。出风口测的速度分别是0.5m/s、1.8m/s、2.6m/s;导风板可以进行旋转的角度分别是45°、90°、120°(相对于关闭位置)。

计算的方式采取非稳态的形式,规定步长为3s,一共进行计算9min,对影响整个房间内部气流及温度分布的产生影响的导风板旋转角度和出风口的速度进行数值比对。在实际的传热过程中,一共有两部分的热量,分别是强制对流换热和自然对流换热,这两部分热量相互结合。因此,在进行计算的过程中,需要对重力因素的影响考虑进去。采用一阶非稳态的计算方法,紊流的模型采用k-e模型的方法,压力速度耦合使用SIMPLE的方法。

2 计算结果的分析研究

在空调开始工作以后,冷/热空气会和房间内部的温度进行不断的交换,房间内的平均温度就会产生变化,这种变化的速度会随着风速的不同、导向板的旋转角度不同而存在差异,具体的数据分析见表1所示。

2.1 出风速度以及角度对室内的气流、温度的影响分析

在制冷的作用时,导风板会进行自动的调整,从初始位置旋转到45°的时候,温度从35℃到25℃变化的时间最短,在空调运转到10分钟时候,能够达到的温度最低。这是因为在导风板从初始位置到45°的旋转以后,空调的出风口基本上接近到了水平位置,这种状态下,冷空气会以非常接近水平的方向吹出,但是由于冷空气的比重、密度较大,因此,冷空气首先作用的是房间的下面,在气流的交换之中,原来存在于房间下部的热空气随之上升到房间的上部,上升的热空气和下降的冷空气之间必然会存在一个能量的交汇平面,或者说是冷热混合的区域,在这个区域内,温度的交换是非常快的,这样对房间内平均温度的下降非常的有利。在导风板旋转到90°~120°之间的时候,空调中冷空气吹出的方向就变成了垂直或者是过垂直的方向,这样冷空气在房间内运动的过程就会对原来热空气的交换作用减弱,冷热空气之间的交汇面没有形成,仅仅依靠自然对流的方法实现交换能量,因此,在冷却时间方面会比旋转到45°的时候所用的时间多。伴随着空调风速的提高,在单位时间内空调吹出的冷空气量增加,使得冷却速度加快,强制对流的面积增加,冷却需要的时间就会显著地缩短。研究发现,风速越大,在不同的高度上面的平均温度变化差值越大,这是因为风速小的时候,房间内部发生强制对流和自然对流的作用变化不大,在冷空气向下,热空气向上的过程中,就会形成冷热空气层的分层现象,冷空气主要是通过扩散的形式向上进行传播,一旦风速提高,实现强制对流的交换比自然对流的交换作用增大,在不同的房间高度层面上面的平均温度之间的差值变小,冷热空气层的分层现象不明显,在房间内部就只能通过强制对流的形式实现能量交换。空调制热作用对房间内温度变化的原理和制冷作用的一样,在这里就不进行

赘述。

2.2 不同的房间高度在温度方面的差异

在空调制冷作用的房间里面,人主要活动的区域面积是距地面2m的高度范围内,因此,整个房间内部只有下半部分对人的影响作用较大,而且在房间上部的温度高低程度似乎对人的影响作用很小,所以从表格后总可以分析出:在空调运行十分后总以后,在房间高度0.5m处的平均温度比1.5m处的平均温度低,而1.5m高度处的温度又比房间内部的平均温度低,造成这一结果的原因是由于冷空气在房间的下半部分集聚导致的结果。空调制热过程的分析和制冷过程的分析原理相同,在这里就不赘述了。

2.3 室内的平均温度和回风温度的差异

在制冷作用的过程中,回风温度总是比室内的平均温度高1℃~2℃,这是由于空调回风口的位置在出风口上面的缘故,而房间内部的温度在高度方向上面呈分层的状态,冷空气因为密度大的缘故会主要集中在位置较低的地方。此外,高度、空气温度、回风口三者之间存在着正比例关系,这些都是导致室内的平均温度和回风温度的差异的原因。

3 结语

通过进行实际的测值分析,可以得出以下的结论:首先,空调的制冷/制热技术,导风板的旋转角度会对房间内温度的调节产生影响;其次,空调运行导致的房间内平均温度和不同高度的平均温度与出风口的出风速度有直接的关系;最后,通过调整导风板的角度和出风口的速度,可以快速的制冷/制热。具体关系为:快速制冷时需要较小的导风板旋转角和较大的出风口速度配合使用;快速制热时需要采用较大的旋转角和较小的出风口速度配合使用。

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