FLUENT家居科技：空调房间的仿真舒适体验

1 前言

夏天来了，不开空调就要被热死的节奏开始了。在暖通空调专业，CFD是进行房间气流组织设计的一个重要手段。笔者认为，这个领域的CFD应该算是相对简单的了。讲真，空调对于笔者的生活太重要了。今天，我们做一个空调房间的简单案例。

2 建模与网格

建立如下的三维空调房间，房间尺寸为5m×4m×3m（高），空调为壁挂式，送风口位于前下方，回风口位于上方。建模时，只建立房间空气计算域，空调只建立简化的外轮廓，不建立计算域（挖空）。划分全六面体网格，节点数约为123万。

3 求解设置

采用默认的SST-ω湍流模型。

为了考虑空气的浮力作用，将密度设置为不可压缩理想气体模型（也可以用Boussinesq模型或者温度-密度关系模型），其余物性参数采用默认值。

设置重力加速度。

空调送风口采用速度入口，回风口采用压力出口，空调的循环风量为700m³/h，折算到送风口的法向送风速度为3.43732618m/s，送风温度假定为25℃。实际上空调的送风方向由送风口的导流板确定，对于扫风的情况，可以采用UDF来编写速度边界，本案例假定送风方向通过导流板调整为为送风口的法向。

只考虑房间四周和顶部的热边界，底部地面绝热，假设外部环境温度32℃，对流换热系数为3.344W/m²℃。这里需注意，在建模的时候将壁面考虑为零厚度值，综合传热系数设置在外部。也可以考虑将墙壁也建立计算域，也就是耦合传热；或者采用薄壁模型，设置材料导热系数和壁面厚度（具体如何操作可以查看笔者先前的文章，点击文末“阅读原文”查看）。另外，空调轮廓壁面也按绝热处理。

初始化，稳态求解，采用SIMPLE算法，其余设置采用默认。

4 计算结果

先看一下空气的密度分布，房间下部的密度大于上部，特别是送风的密度最大，这就是典型的热轻冷重。

房间的温度分布如下，可以看出房间的温度普遍在27℃左右，顶部的温度稍高，房间垂直方向呈现一定的温度分层。

房间的速度分布如下，送风口顺风方向的速度较高，人在该区域会有明显的吹风感，而且这里的温度较低，舒适感应该很差。而在温度低，速度小的区域是适合人待的，特别是床铺得放在这些区域，不然大夏天的晚上得躲在被窝里睡了。

我们看一下房间的冷负荷，墙壁进入房间的热量约为555W，最终由空调回风带走，再由蒸发器（室内机）降温。本案例忽略了较多的热量，如室内人体散热、电器设备散热等，因此空调的冷负荷还是相对较小的，回风温度约为27.4℃，这也是所谓的室内设计温度。

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