FLUENT房间平均空气龄数值计算与实验对比

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1 前言

空气质点的空气龄简称空气龄(Age of air),是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间。空气龄是房间内某点处空气在房间内已经滞留的时间，反映了室内空气的新鲜程度，它可以综合衡量房间的通风换气效果，是评价室内空气品质的重要指标——360百科。随着CFD技术的应用发展，采用数值计算方法求解房间的空气龄分布已经是一种非常普遍的技术。首先计算房间内的空气流速分布，再根据空气龄输运方程计算空气龄。为了获得数值精度更高的空气龄结果，计算速度时建议提高收敛要求增加数值精度，更多情况下关心的是稳态空气龄，因此采用稳态求解器。由于空气龄和气流速度单向耦合，因此可以先单独求得稳态速度分布，然后再单独求解空气龄输运方程（UDS方法）。参考清华大学李冬宁等文献[1]，空气龄输运稳态方程如下。本文做一个房间的局部平均空气龄（LMA）计算案例，并与实验结果对比。

2 模型与网格

房间的三维模型和网格如下，长宽高分别为4.2m、3.6m和3m，送排风口尺寸0.3m×0.2m，送风口处在房间西墙对称位置，底部距离地面2.05m，排风口处在房间天花板紧靠东墙位置。送风平均速度1.68±0.03m/s（即风量363m³/h），送风温度23±0.3℃。本文只考虑速度场，不求解温度场。

3 求解设置

本文采用标准k-e湍流模型，壁面网格不需要很细，控制Y+＞30。

送风孔采用速度入口，湍流参数根据湍流强度和水力直径设定。

排风口采用压力出口，表压0Pa，湍流参数同上。

求解空气龄UDS方程需要用到的UDF代码如下，第一段函数设置扩散系数，第二段函数设置源项，相关值参考第一小节的空气龄输运方程。

#include "udf.h"#include "prop.h"DEFINE_DIFFUSIVITY(mean_age_diff,c,t,i){return C_MU_EFF(c,t);}DEFINE_SOURCE(mean_age_source,c,t,dS,eqn){dS[eqn]=0;return C_R(c,t);}