某火车站高大空间气流组织模拟设计方案1前言大空间空调气流组织设计是根据舒适性要求需要，设计室内送回风形式、风速、等参数，通过设置送回风口位置、送风温度、送风速度来达到满足舒适性要求的效果。在以往的设计过程中，尤其是在多种方案的选择中，往往需要靠设计师的个人经验，常常会出现 设计不满足要求或者为满足设计要求导致能源过渡消耗的现象。随着人们对空调舒适性要 求越来越高以及能源问题越来越严重，我们需要选择更好的设计方案，而CFD技术恰恰能够为我们提供很好的辅助作用。本文将以某火车站候车厅空调气流组织为例，阐述CFD技术在方案比选中的应用。2模拟对象简介本文是对某火车站候车厅进行模拟，该车站站场总体规模为18台34线，总建筑面积约24万m2,其中站房面积约8万m2 5层结构，地上2层，地下3层。地上分别为高架 层和火车站台层，高架层内部区域包括两个普通候车厅和一个磁浮候车厅以及外围进站大 厅；地下一层为出站大厅，还设有出租车及社会车辆停车场；地下二、三层为地铁站台层。模拟区域为高架候车厅，该火车站高架层为旅客进站及候车区域，其内部布置图如图1所示，其中磁浮候车厅面积4090m2普通候车厅1的面积8120m2普通候车厅2的面积为 9519m2如图2所示中间由透明玻璃幕墙围成的区域为高架候车区，即需要模拟的区域。1高架层平面布置图图2火车站透视效果图3模型建立候车区的气流组织方式分为门套式送风和座椅送风两种形式，下面针对两种送风方式分别建立模型进行模拟分析。其中座椅送风采用诱导送风方式，候车区座椅下部设置52排座椅送风单元，每排4个，每个单元送风量为2800m3/h。诱导风口的诱导比为11，诱导后单元风量为5600m3/h,温度为19.5 C,座椅送风口风速为1m/s。其他部分具体送风参数如表1所示表1两种送风方案送风量表送风位置送风量（m/h）座椅送风门套送风座椅部分5824000风柱送风180000260000安检亭送风360000360000门套送风0841244v N If m ； 1总风量11224001461244在AIRPAK中根据CAD图所给尺寸数据进行建模，为了提咼计算效率，在保证模拟结果可靠性的前提下需要进行以下适当的简化1、结构支撑柱所占面积相对与候车区域来说十分微小，且都处于候车区与进站大厅边缘 处，不会对气流组织产生影响，在建模时将其省略。2、墙面的倾斜较小，且处于气流组织最外围，不会对室内气流组织产生影响，且斜墙面 会大大降低计算的速度，建模时视为垂直墙面。3、因为整个高架层尺寸较大，根据模型对称的特点，为了提高计算速度，在不影响计算结果的前提下，将其作简化处理计算一半候车大厅通过设置镜像墙来完成整个计算，所以计算模型尺寸为X72m,Y 29m Z 393m 三维效果图如图 3所示,图3整体模型三维图4边界条件本文模拟对象所在地区夏季空调室外计算干球温度为35.7 C,冬季空调室外计算干球温度为-4 C。具体边界条件如表2所示根据设计标准，火车站室内设计参数如表 3所示，其中座椅送风组织形式中，根据设计 规范，座椅下送风温度为19.5 C。根据夏季冷空气密度较大，有明显沉降作用的特点，夏季 送风角度为向上15度。送风风速为座椅送风为1m/s，其他风口送风风速为4.5m/s表2边界条件参数表表3室内设计参数表维护结构名热流密度（w/m）称南北外墙10东西外墙40普通屋顶11采光天窗130楼板4室内设计温室内送风温5模拟结果区域度度由于候车厅截面众多，因此选取三个较为典磁悬浮候车2628C17C型的截面进行分析，分别为截面A,磁浮候车厅厅典型截面；截面B通道典型截面；截面C普速普通候车厅2628C17C候车厅典型截面；其中A截面的上部接触的为米进站大厅2729C19C光屋面，B、C截面上部接触的为普通屋面。截面位置如4示图4模拟截面位置示意图温度场模拟结果如下图5座椅送风截面A温度分布图7座椅送风截面B温度分布图9座椅送风截面C温度分布图6门套送风截面A温度分布图8门套送风截面B温度分布图10门套送风截面C温度分布从以上温度分布图中可以看出，目前所选择的送风参数下，由于采用送风温度与室内设计温度相差9度的温差送风，而且座椅送风的风速也较大，造成室内温度有不同程度的偏低,具体对比两种工况的结果有以下结论门套送风和座椅送风在截面 A和截面B的温度相当，但在截面 A与截面B上可以看出,座椅送风温度分层更加明显，而在截面 C上由于门套送风送风温度较低，冷空气有明显的沉 降作用，因此门套送风方案的温度较座椅送风的低一些，不适感更强烈。速度场模拟结果如下图11座椅送风截面A速度分布图13座椅送风截面B速度分布图12门套送风截面A速度分布图14门套送风截面B速度分布图15座椅送风截面C速度分布图16门套送风截面C速度分布以上结果显示，由于门套送风方案候车区的风由 4.15m高的球形喷口送出，虽然采取了 向上15的送风方案，但是由于送风气流是 17C的低温气流，沉降较快，导致空调区风速较 大，人处于空调区会有明显的吹风感，同时各个区域的速度分布差异较大，容易产生不适。根据设计参数进行计算，门套送风的送风量超过座椅送风的送风量达23而达到的效果却使处在空调区的人有明显冷感，这充分表明门套方案设计参数选择过大，导致能量过渡 浪费。综上所述，无论从空调区温度和度还是从节能角度考虑，均应选择座椅送风方案。6结论通过利用CFD技术对该候车厅进行模拟，可以在理论上得出两种方案的优劣，采用座椅 送风的气流组织形式，更有利于人体的舒适性，在空调区域无明显吹风感，而且更有利于节 能。通过所得结论为方案的选择提供了较为可靠的依据，避免了因设计过程凭借经验选择方 案而易出现不满足要求的现象。因此，CFD技术在工程实践中有着很强的应用空间，尤其在 设计方案的选择方面能够给出更加科学、直观的判断依据，对工程实践有着很强的辅助作用