Fluidyn-VENTCLIM单层多房间建筑的通风系统仿真模拟研究

在现代建筑通风系统设计中，如何精准预测多房间复杂环境下的空气流动形态，是提升室内空气品质的关键科学问题。本文聚焦单层多房间建筑的稳态通风仿真，通过构建包含空调送风系统、自然通风界面（门窗）、机械排风装置及室内障碍物的综合模型。  

本研究采用基于雷诺平均Navier-Stokes方程的数值模型，结合标准k-ε湍流模型实现对复杂通风场景的解析。计算域严格遵循实际几何尺寸：3组0.15m²的空调送风口以540m³/h的流量注入新鲜空气，0.25m²的开放式窗口与3处2m²的门洞形成自然对流通道，0.15m²的排风口以1080m³/h的流量维持负压平衡。  

本案例利用Fluidyn-VENTCLIM进行仿真计算，模拟单层多房间建筑的通风系统，通过CAE-VENTCLIM模块进行模型构建，利用VENTCLIM-GUI进行网格划分得到模拟文件并进行后续的仿真求解计算以及后处理分析。  

1. 三维模型构建  

在本案例中，建模所使用的软件为与Fluidyn-VENTCLIM相对应的CAE-VENTCLIM模块，建模过程基于真实的几何尺寸数据进行模型构建。构建如下图所示的三维模型。

图1 三维模型图

2. 边界条件设置  

在本案例中，边界条件设置如下所示：

图2 边界条件设置

表1 边界条件参数设置

3. 生成模拟文件  

导入由CAE模块所建模型，并进行边界条件设置，根据模型尺度输入适合的网格划分参数，得到如下图所示的模拟文件｡  

这一系列操作均在VENTCLIM-GUI中实现，包括模拟计算也集成在GUI模块中，使得计算流程保持一致性。

图3 计算域网格图  

4. 模拟结果分析  

在水平方向上设置一横截面，如下图所示：  

图4 横截面位置图  

图5 速度矢量图（S1截面）  

图6 速度云图（S1截面）  

图7 压力云图（S1截面）  

图8 残差图  

分析以上云图、矢量图以及残差图可得：  

（1）速度分布规律  

通过分析速度矢量图与速度云图可得，室内气流组织呈现典型混合通风特征。空调射流在送风口附近形成高速核心区（最大速度0.579m/s），随后沿流动路径逐渐衰减。速度矢量清晰显示气流遇家具障碍物后产生绕流与分离现象，在桌椅后方形成明显低速涡旋区（速度低于0.1m/s），这些区域存在空气滞留风险。自然通风与机械通风系统耦合作用显著，门窗开口处形成连续对流路径，速度云图中的黄绿色过渡带证实了不同流速流体的掺混过程。  

（2）压力分布特征  

压力云图进一步揭示系统驱动机制：空调送风口附近维持高压区，而排风口区域呈现低压特征，合理的压力梯度确保了气流从高压区向低压区的稳定输运。  

（3）计算残差分析  

残差收敛曲线表明计算可靠性：经过10000次迭代后，速度与压力残差稳定在6.18E-004量级，且前期2000迭代步内残差下降三个数量级，证明湍流模型求解充分、数值稳定性满足工程精度要求。该仿真结果可为通风系统优化提供关键数据支撑，建议重点关注低速涡旋区的空气质量改善措施。  

来源：bjiuit