基于AIRPAK的铁路大型客站气流组织数值模拟和分析(4)
1.4.3 气流组织形式
高大空间室内常用的气流组织方式有以下几种[8]：
上送下回：风道位于高大空间上部，以垂直向下的送风为主。根据控制高度的不同，可采用普通的散流器和下送喷口，包括旋流风口。下送风方案必然导致展厅上空布满蜘蛛网似的风管，既增加了屋顶结构的荷载，又不美观。并且与其它送风方式相比，处理的空气量和负荷都比较大，管道在顶棚内热损失也比较大，因而耗能多，造价比较高。
侧送下回：风道位于人员活动区以上，沿侧墙敷设，在风道的一侧开送风喷口，同侧下部设回风口。经热、湿处理的空气由喷口高速喷出，经过一定的距离后返回。工作区处于回流过程中，这种送风方式风速高，射程远，速度、温度衰减缓慢。
下送上回：将一定量处理过的空气送入空调房间的活动地板下，由风口向上或水平送出。由于送入气流在室内的停留时间及室内气流的转移时间都比上送风要短，所以下送风空调系统具有较高的通风效率；且下送风空调房间在垂直方向存在着明显的热力分层现象。
1.5 发展趋势
对于高大空间空调系统的气流组织设计,目前尚无成熟的理论和实验结论,主要研究手段是将气流数值分析和模型相结合。由于气流数值分析涉及室内各种可能的内扰、边界条件和初始条件,因此能全面地反映室内的气流分布情况,从而便于确定最优的气流组织方案。本课题中客运站内空间较大,内部流动通常为自然对流和强迫对流并存的混合对流流动,且基本为湍流流动。工程中最常用的标准 湍流模型对此不一定能取得满意的模拟结果,而高级的湍流模拟技术如直接数值模拟(DNS)、大涡模拟(LES)或复杂的湍流模型如微分应力模型(DSM)、代数应力模型(ASM) 等,不能模拟实际的工程问题或计算周期太长,故并不适用。为此,近年来一些学者开始研究简单的零方程湍流模型对室内空气分布模拟预测的适用性。
2 数值模拟基础理论
2.1 数值求解的基本思想
数值求解的基本思想是：把原来在空间和时问坐标中连续的物理量的分布（如速度分布、温度分布、浓度分布、压力分布等）用一系列有限个离散点上的值的集合来代替，通过一定的原则和和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值[10]。
2.2 常用的数值计算方法
迄今为止已经发展出多种数值解法，它们的主要区别在于区域的离散方式、方程的离散方式及代数方程求解的方法这三个环节上面。在流动与传热计算方面应用较广泛的是有限差分法(Finite Difference Method，FDM)、有限容积法(Finite Volume Method，FVM)两种[12]。
有限差分法(FDM)：是数值计算方法中最经典、历史最悠久、理论最成熟的数值方法。它将求解域划分为差分网格(最简单的为矩形网格)，用有限个网格节点(即离散点)代替连续的求解域，将偏微分方程中的所有微分项用相应的差商代替，从而将偏微分方程转化为代数形式的差分方程，得到含有离散点上有限个未知数的差分方程组。求出的该差分方程组的解，就作为偏微分方程定解问题的数值近似解，也就是得到了网格上流动变量的数值解。在规则区域的结构化网格上，有限差分法是非常简便而有效的，而且很容易引入对流项的高阶格式。有限差分法只需构造偏导数的离散方法，这使得它较容易推广到高阶精度，对于网络拓扑奇点它更容易取得高的精度。它的缺点是对复杂区域和边界条件的适应性较差。
有限容积法(FVM)：又称为控制容积法。它以节点作为控制容积的代表的离散化方法，先假定待求变量的分布函数，然后将其分布代入控制方程，并在控制容积上积分，得到描述节点变量与相邻节点变量之间关系的代数方程。从积分区域的选取方法看来，有限容积法属于加权剩余法中的子区域法；从未知解的近似方法看来，有限容积法属于采用局部近似的离散方法。当网格尺度有限时，它可以比有限差分方法更好地保证对质量守恒、动量守恒和能量守恒的满足；对于一文或轴对称，守恒性更容易实现。对于复杂区域它更容易实施。但对于多文问题，高精度有限容积法的构造和实施比较困难。
上一篇：现场总线发电厂脱硫控制系统的设计