Airpak3.0原创中文教程PPT-风环境模拟-污染物模拟-室内自然通风空调通风气流组织

主讲人：刘鹏目录PARTPARTPARTPARTPARTPART020305060104案例01办公室自然通风案例02室内空调环境舒适度案例03建筑室外风环境模拟案例04室内污染物扩散模拟总结基础知识01章基础知识01章目录PARTPART0201软件基础操作Airpak软件介绍1.1Airpk模拟简介Airpak是面向工程师、建筑师和室内师的专业领域工程师的专业人工环境系统软件，特别是HVAC领域（暖通空调领域）。它可以精确地模拟所研究对象内的空气流动、传热和污染等物理现象，它可以准确地模拟通风系统的空气流动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题，并依照ISO7730提供舒适度、PMV、PPD等衡量室内空气质量(IAQ)的技术指标。从而减少设计成本，降低设计风险，缩短设计周期。Airpak3.0是目前国际上比较流行的CFD软件。Airpak软件简介Airpak软件简介1.1.1Airpak应用领域Airpak软件的应用领域包括建筑、汽车、楼房、化学、环境、HVAC、加工、采矿、造纸、石油、制药、电站、打印、半导体、通讯、运输等行业。Airpak已在如下方面的设计得到了应用:住宅通风、排烟罩设计、电讯室设计、净化间设计、污染控制、工业空调、工业通风、工业卫生、职业健康和保险、建筑外部绕流、运输通风、矿井通风、烟火管理、教育设施、医疗设施、动植物生存环境、厨房通风、餐厅和酒吧、电站通风、封闭车辆设施、体育场、竞技场、总装厂房等。Airpak软件简介1.1.2Airpak软件特点（1）快速建模Airpak是基于"object"的建模方式，这些"object"包括房间、人体、块、风扇、通风孔、墙壁、隔板、热负荷源、阻尼板(块)、排烟罩等模型。另外，Airpak还提供了各式各样的diffuser模型，以及用于计算大气边界层的模型。Airpak同时还提供了与CAD软件的接口，可以通过IGES和DXF格式导入CAD软件的几何。Airpak软件简介1.1.2Airpak软件特点（2）自动的网格划分功能Airpak具有自动化的非结构化、结构化网格生成能力。支持四面体、六面体以及混合网格，因而可以在模型上生成高质量的网格。Airpak软件简介1.1.2Airpak软件特点（2）自动的网格划分功能非结构化的网格技术--可以逼近各种形状复杂的几何，大大减少网格数量，提高模型精度。四面体网格--用来模拟形状极其复杂的形状，从而保证求解精度Airpak软件简介1.1.2Airpak软件特点（2）自动的网格划分功能Airpak还提供了强大的网格检查功能，可以检查出质量较差(长细比、扭曲率、体积)的网格。另外，网格疏密可以由用户自行控制，如果需要对某个特征实体加密网格，局部加密不会影响到其它对象。1.1.2Airpak软件特点（3）广泛的模型处理能力强迫对流、自然对流和混合对流模型、热传导模型、流体与固体耦合传热模型、热辐射模型。层流、湍流，稳态及瞬态问题强大的解算功能求解器----FLUENT，全球最强大的CFD(计算流体动力学)求解器有限体积方法(FiniteVolumeMethod),结构化与非结构化网格的求解器并行算法，能够实现UNIX或NT的网络并行Airpak软件简介1.1.2Airpak软件特点（4）强大的可视化后置处理面向对象的、完全集成的后置处理环境可视化速度矢量图、温度(湿度、压力、浓度)等值面云图、粒子轨迹图、切面云图、点示踪图等。Airpak软件简介1.1.2Airpak软件特点（4）强大的可视化后置处理图片可以通过以下格式输出到文件:Postscripts,PPM,TIFF,GIF,JPEG和RGB格式。动画可以存成AVI,MPEG,GIF等格式的多媒体文件。Airpak软件简介1.1.2Airpak软件特点（5）强大的和可视化工具Airpak提供了强大的数值报告，可以模拟不同空调系统送风气流组织形式下室内的温度场、湿度场、速度场、空气龄场、污染物浓度场、PMV场、PPD场等，以对房间的气流组织、热舒适性和室内空气品质(IAQ)进行全面综合评价。使您更方便地理解和比较分析结果。您可以看到速度矢量、云图和粒子流线动画等。它可以实时描绘出气流运动情况。设计性能评估后处理还包括产品设计性能的评估，气流、温度、湿度分布、舒适度、压力等参数。Airpak软件简介1.2软件基础操作01.新建工程02.软件界面介绍03.模拟设置04.新建模块（尺寸、名称、条件、命名）05.复制粘贴06.迁移07.缩放08.隐藏名称09.调整视图10.设置背景11.湍流方程选用原则12.导入CAD模型13.模拟后处理Airpak软件简介打开已有工程新建一个工程打开一个工程关闭软件工程名称注意：不要出中文名字保存路径Airpak软件简介1.2.1新建工程菜单栏工具栏模块栏信息提示栏Airpak软件简介1.2.2软件界面介绍湍流方程参数设置重力设置指北针Airpak软件简介1.2.3模拟设置Airpak软件简介初始值设置1.2.3模拟设置1.2.3模拟设置瞬态/稳态设置环境参数Airpak软件简介模块功能项模块显示Airpak软件简介1.2.4新建模块（尺寸、名称、条件、命名）复制迁移移动Airpak软件简介1.2.5复制-移动-缩放多视图设置背景Airpak软件简介1.2.6隐藏-视图-背景湍流方程Airpak软件简介1.2.7湍流方程选用原则1.零方程模型（Chen模型）2.一方程模型（S-A模型）3.标准k-e模型4.重整化群（RNG）k-e模型Airpak软件简介1.2.8导入CAD模型操作流程1.CAD2018版以上，绘制好图形，面区处理。2.CAD输出为Iges格式3.Airpak导入Iges文件4.Airpak描点建模5.删除辅助线和面Airpak软件简介1.2.9模拟后处理后处理结构1.温度云图处理。2.压力云图显示3.轨线图4.PMV-PPD图5.局部数据处理PART2案例01办公室自然通风2.1模型简介以某办公室房间为例，房间尺10m×8m×4.5m，室内通风采用自然通风温度31℃，夏季室外干球温度34.2℃。室内各物体尺寸、数量及边界条件设置如下表1所示2.1模型简介名称尺寸（m）数量（个）边界条件开口窗1.6x1.84速度入口，2.5m/s出口窗0.5x0.54自由出口门1.8x2.12自由出口人0.4x0.35x1.752热源，108w灯1.2x0.2x0.23热源，40W桌子1.5x4x1.11绝热电脑0.4x0.4x0.42热源，180W外墙1定壁温34℃2.1模型简介1.新建一个room文件，更改环境设置2.2办公室建模2.模型搭接-创建room2.2办公室建模3.模型搭接-创建进风窗口2.2办公室建模4.模型搭接-创建出风窗口2.2办公室建模5.模型搭接-创建门2.2办公室建模6.模型搭接-灯2.2办公室建模7.模型搭接-桌子和电脑创建桌子创建电脑2.2办公室建模发展历程6.模型搭接-人创建人体7.模型搭接-外墙和人体创建外墙2.2办公室建模2.3网格划分2.4模拟设置温度云图速度云图2.5后处理PART03案例02室内空调环境舒适度（1）从网上找来了一个办公室实物模型。尺寸：5米x7米x3米。办公室内有办公桌、电脑、柜子、窗户等。（2）室内会增加中央空调送回风口，模拟空调送风。另外增加人体，模拟人体散热情况。3.1建筑环境介绍名称尺寸(米）数量边界条件桌子1.5X0.5x0.85木质、绝热电脑0.4x0.4x0.15热源200w柜子4.5x0.3x1.82木质、绝热灯1.2x0.1x0.12热源200w人体1.72热源108w门1.3x2.11关闭窗0.8x1.84关闭送回风口0.4x0.42速度口-3m/s外墙7x31定壁温34℃3.1建筑环境介绍（01）首先我们要建立一个房间room。3.2建立室内模型(02）建立办公桌和电脑模型创建办公桌创建电脑3.2建立室内模型（03）复制模型3.2建立室内模型创建门创建外窗3.2建立室内模型（04）建立风机盘管3.2建立室内模型创建风管创建送风口创建回风口（05）建立人体模型3.2建立室内模型3.3网格处理3.4模拟设置3.5热舒适度评价参数室内热舒适评价指标：温度、湿度、风速、PMV-PPD、空气龄等。民用建筑空调设计参数：（1）夏季：温度：24~28℃；相对湿度：40%-65%；风速：应不大于0.3m/s。（2）冬季：温度：18~22℃；相对湿度：40%-60%；风速：应不大于0.2m/s。（3）PMV-PPD：PMV：评价室内环境冷热感，一个客观的数字，基本可以反映这个人当时的冷热感。一般遵守ASHRAE7分制，0分中性，3分很热，-3分很冷（取值范围-3~3）-0.5~0.5人体感觉舒适。PPD：公式估算出人们对该环境冷热不满意的比率，即PPD（取值20%）。（4）空气龄：是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间。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。（5）压力：民用建筑室内对各个功能区域压力要去不一样。厨房、卫生间等污染较大的地方，要求保持负压，客厅、卧室、办公室等区域要求保持正压值3.5模拟结果评价PART4建筑室外风环境4.1风环境模拟知识绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014第4.2.6条针对建筑室外风环境状况提出了明确的要求：建筑风环境基础知识建筑群和高大建筑物会显著改变城市近地面层风场结构。近地风的状况与建筑物的外形、尺寸、建筑物之间的相对位置以及周围地形地貌有着很复杂的关系。《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014第4.2.6条针对建筑室外风环境状况提出了明确的要求：场地内风环境有利于室外行走、活动舒适和建筑的自然通风，评价总分值为6分，并按下列规则分别评分并累计：1、在冬季典型风速和风向条件下，按下列规则分别评分并累计：1）建筑物周围人行区风速小于5m/s，且室外风速放大系数小于2，得2分；2）除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不大于5Pa，得1分；2、过渡季、夏季典型风速和风向条件下，按下列规则分别评分并累计：1）场地内人活动区不出现涡旋或无风区，得2分；2）50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa，的1分。完整的风环境案例4.1风环境模拟知识小区模型比较4.2建筑室外风环境模型建筑风环境参数4.2建筑室外风环境模型2个建筑室外模型搭接（1）模型建立（2）风洞模型搭建（3）第二个模型建立4.3建筑室外模型搭接2个建筑室外模型搭接（1）网格划分（2）边界条件设置（3）计算模型设置4.4模型设置及计算风环境模拟结果的分析（1）并列式模型结果（2）错列式模型结果（3）模型结果对比分析（4）大气边界层4.5室外风环境结果的对比分析4.5室外风环境结果的对比分析PART5室内污染物扩散5.1室内常见污染物5.1室内常见污染物5.2模型简介及搭接5.3网格划分5.4模拟设置5.5模拟后处理PART6模拟小结00000（1）模型简化思想。（2）模拟前期准备工作要做足，尺寸、数量、边界条件（3）网格划分需要多次尝试调整（4）模型参数设置要查手册、、实验实测。（5）后处理范围调整（6）模拟收敛了并不代表结果就可靠，需要和实验进行验证以及自己对物理现象的认识（7）模拟需要尝试不同的湍流方程进行比较6.1模拟小结000006.2模拟注意事项（1）文件模型名字不能为中文，否则会影响模型的打开。（2）模型组合时需要进行贴合，不能预留较小的缝隙，影响网格生成（3）wall模块不要放在室内，影响网格生成（4）网格局部加密，需要设置节点数量，多次尝试（5）模拟参数设置不是绝对的，要结合实际情况，参考论文等（6）后处理可能会出现卡顿、或者不显示的情况，名字不要重复000006.3课程安排【原创声明】：本课程有刘鹏先生独家录制，版权所有。课程首发在淘宝和网易云课堂。【法律责任】：如有倒卖、翻录、修改等破坏作品完整性、恶意传播、用于商业活动等行为，本人将追究法律责任