摘 要

本文借助ANSYS软件对房间的温度场进行了仿真模拟。设计三种空调送风口处于不同位置的方案，使其实现冬季供暖，然后对三种方案的模型进行数值模拟，最后分析比较三种方案得到的等温面与流线图，找出空调出风口最佳位置。

论文主要研究了冬季供暖的实现以及空调系统中末端设备合理安装位置，以确定空调的最佳悬挂位置。

研究结果表明：空调送风口位于三种不同的位置均能实现供暖。当空调送风口位于两墙壁间的角落时，供暖效果最好且人感觉舒适；当空调送风口位于一墙的中央时供暖效果最差；当空调送风口位于天花板的正中央时供暖效果仅次于第一种情况。

本文的特色：采用ANSYS软件对空调系统中末端设备合理安装位置进行研究，确定空调的最佳悬挂位置来减低空调能耗，此研究和常规降低空调发动机能耗不同，对实际空调安装具有良好的指导作用。

关键词：冬季供暖；计算流体动力学；温度场；节能

Abstract

In this thesis, ANSYS software is used to simulate the temperature field of the room. Outlets of air-condition in three different locations were designed in three different schemes, and used to implement the winter heating. Next, three schemes are simulated to obtain numerical solution. Last we compared the isothermal surfaces and streamline diagrams that obtained from the schemes to find a best location of outlet.

In this thesis, we mainly study the realization of heating in winter and the reasonable installation position of terminal equipment in air conditioning system to determine the optimum suspension position of air conditioner.

The results show that the all of the air outlets that located at three different positions can be used for heating. When the air outlet is located at the corner of the wall, the heating effect is best and people feel comfortable; when the air outlet is located at the center of a wall, the heating effect is the worst; when the air outlet located at the center of the ceiling, the heating effect after the first case.

Characteristic of this article: ANSYS software is used to study the reasonable installation position of terminal equipment in air conditioning system, and the optimum suspension position is determined to reduce the energy consumption of the air-conditioning. This study is different from the conventional method which reducing the energy consumption of the engine, and has a good guiding function for the installation of the air conditioner.

Key Words: winter heating; CFX; temperature field; energy conservation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 论文主要研究内容 2

第2章 数值模拟基本理论与方法 4

2.1 流体动力学在ANSYS中的应用 4

2.2 流体力学基本方程 4

2.2.1 能量守恒方程 5

2.2.2 动量守恒方程 5

2.2.3 质量守恒方程 5

2.3 标准k-ε双方程模型 5

第3章 模型建立及仿真 7

3.1 物理模型的建立 7

3.2 网格划分 8

3.3 数学模型 11

3.4 数值离散的方法 12

3.5 生成域和边界条件的设定 13

3.6 计算过程 14

第4章 房间温度场结果分析 17

4.1 第一种方案的模拟结果 17

4.2 第二种方案模拟结果 19

4.3第三种方案模拟结果 21

4.4 三种方案的比较 23

4.5 寒冷天气下的供暖 24

4.5.1 方案一寒冷天气下的仿真结果 24

4.5.2 方案三寒冷天气下的仿真结果 26

第5章 结论 29

参考文献 30

致谢 31

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的与意义

在我国，冬季供暖是每个公民的最基本的利益，但是目前我国建筑能源的增长速度远远超过其未来的可能速度，所以合理的供暖非常重要。在建筑供暖系统中推行科学合理的供暖系统，提高能源利用率，用有限的资源和最小的能源消费代价取得最大的经济和社会效应是摆在全人类面前的一项迫切的任务^[1]。

随着社会的发展，供暖系统在不断地进步，人们对生活品质的要求也越来越高，越来越多的人选择空调这一工具来改善自己的生活环境，夏天供冷，冬天供暖。在营造舒适健康高效的生活环境上，空调起着不可替代的作用。但是空调会产生大量的能耗，所以合理的利用空调产生的热能变得尤为重要。我国是同纬度的国家中冬季最冷的国家之一，技术及装备水平也相对落后，热能不能合理利用^[2]”。所以本文采用ANSYS软件来模拟供暖，以实现冬天室内的供暖，并仿真空调出风口在不同位置下的房间温度场，找到最佳的空调悬挂位置以合理地利用热能。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

在国外供暖方式的主要目标是舒适和节能，在综合考虑地理位置和气候、经济和技术条件、能源结构等这些因素的基础上来确定自己的供暖方式，而且大部分国家的供热系统均为变流量供热系统，所以有控制方便，设备质量高的优点。如加拿大有丰富的水电资源，则采取电暖的供暖方式；美国中部地区采取电暖，南部地区使用空调，北部地区大部分使用燃油燃气的供暖方式；北欧的大部分国家以集中热水供暖为主；冰岛有丰富的地热资源，以地热供暖为主；南欧气候属于冬暖夏热，所以多数以空调为主；东欧冬季非常寒冷，所以采用集中供热的供暖方式；日韩地区冬季比较温暖，也是以空调供暖为主。

国外的集中供热发展大致分为四个阶段：单纯管理阶段、基础建设阶段、总和发展阶段和自动化控制阶段，在综合发展阶段开始投入实时检测系统的建设，人工调整配合，最后发展到远程控制、无人值守热力站，实现自动化控制^[3]。这期间国外很多数学家和物理学家做了很多研究以达到能源的合理利用。19世纪英国数学家Thom用计算机计算出二维粘性流体偏微分方程的结果，为计算流体力学的数值模拟开创了先河。也就是这时，由于其成本低、速度快、模型多样化的优点，计算流体力学（CFD）便被广泛应用于热能动力的行业，为研究低能耗的供暖做铺垫。之后二十多年的发展，CFD在空调领域取得了较大突破，在供暖的节能优化方面取得了良好的成绩，这也使得CFD技术成为应用广泛的计算工具。经过之后一系列二维流体模型的建立与分析，20世纪90年代M.F.Brunk通过实验对传统变风量空调模式的能耗进行了数值的模拟分析和比较。之后数学家对室内空气流动情况进行数值模拟，以达到供暖时满足人类需求的情况下能耗降至最低。