王浩宇等：缺氧空调房间富氧特性及富氧效果的模拟研究 ·1063· 果：空调工况下的室内富氧时（有空调，空调送、回 室内气体流动特性及富氧效果.人工气候室的主要 风口打开，送氧口供氧)，研究空调送风速度及气流 结构参数，如表1所示.非空调工况与空调工况下 组织形式（同侧上送下回、异侧上送下回）不同时的 的物理模型大体相同，如图1所示 表1人工气候室的主要结构参数 Table 1 Structure parameters of the artificial climate chamber 结构参数 数值/m 结构参数 数值/m 送风口直径 0.15 回风口直径 0.15 送风口中心位置距地面 2.65 回风口中心位置距地面 0.25 两送风口中心间距 0.49 两回风口中心间距 0.49 送氧口直径（小管径） 0.006 送氧口直径（大管径） 0.01 桌面（长、宽、高） 0.50.720.05 椅背（长、宽、高） 0.15、0.42、1.1 桌腿（长、宽，高） 0.03,0.03.0.5 椅面（长、宽、高） 0.57.0.420.3 非空调工况下的纯弥散供氧，单送氧口送氧时， 前、相对45°、相背45°三种送氧方式，两送氧口间距 送氧口位于侧墙壁面左侧空调送风口的中心位置， 及具体位置，如图2所示.空调工况下的混合式送 非空调工况下送氧口具体位置与空调工况下送氧口 风送氧，双送氧口位于两个空调送风口的中心位置 位置相同，如图1所示：双送氧口送氧时，送氧口位 且采用竖直向前的送氧方式.具体送氧口形式，如 于两个空调送风口的中心位置，且分别采用竖直向 表2所示 n 图2非空调工况下双送氧口位置示意图.(a)竖直向前：(b)相对45°：(c)相背45° Fig.2 Schematic diagram of double oxygen-feeding ports in non-air-conditioning conditions:(a)vertical forward-facing port;(b)45-opposing port;(c)45-back-to-back port 1.2控制方程 为了简化模型，做以下假设：(1)送氧口以射 +pax: at 流形式送出富氧气体，氧气体积分数为99%，且主 (4) 要为O,和N,的二元理想气体混合物：(2)送氧口 直径较小且以射流形式送出后在密闭房间内的扩 散效果有限，可使用自由射流理论对此流动作相 CagP.-pCa (5) 应描述：(3)认为流体是稳定不可压缩流体，湍流 模型采用k-ε双方程模型[22】，控制方程可表达 式中：p为流体密度；t为时间；u,和4为流场速度，代 如下： 表u、v、w三个坐标方向的速度分量，其中i和j分别 取12、3，i和j可同时取相同值；x:和x为x、y、z的 (1)连续方程. 三个坐标分量；P为时均压力；为动力黏度；4，为 dui0 axi (1) 端流黏度，山，=pC,。;S,是动量守恒方程的广义源 (2)动量方程 项；cA为组分A摩尔浓度；DAB为组分A在组分B中 a(pu:),a(pu,4） ax; 的扩散系数：D,为湍流扩散系数：P=,( (u+ u+)能+川-+s (2) 业)业：方程中涉及的经验常数取值分别为C,= (3)组分守恒方程 0.09,04=1.0,0.=1.3,C4=1.44,C2=1.922 e+5=(De+D,)月 1.3初始条件和边界条件 at (8c (3) ax; 0 ox: 空调送风口及送氧口的入口条件均为人口风速 (4)湍动能k与动能耗散率ε的k-ε方程 (V。),即假定入口风速均匀分布，Vm=Q·M1,Q为送王浩宇等: 缺氧空调房间富氧特性及富氧效果的模拟研究 果;空调工况下的室内富氧时(有空调,空调送、回 风口打开,送氧口供氧),研究空调送风速度及气流 组织形式(同侧上送下回、异侧上送下回)不同时的 室内气体流动特性及富氧效果. 人工气候室的主要 结构参数,如表 1 所示. 非空调工况与空调工况下 的物理模型大体相同,如图 1 所示. 表 1 人工气候室的主要结构参数 Table 1 Structure parameters of the artificial climate chamber 结构参数 数值/ m 结构参数 数值/ m 送风口直径 0郾 15 回风口直径 0郾 15 送风口中心位置距地面 两送风口中心间距 送氧口直径(小管径) 桌面(长、宽、高) 桌腿(长、宽、高) 2郾 65 0郾 49 0郾 006 0郾 5、0郾 72、0郾 05 0郾 03、0郾 03、0郾 5 回风口中心位置距地面 两回风口中心间距 送氧口直径(大管径) 椅背(长、宽、高) 椅面(长、宽、高) 0郾 25 0郾 49 0郾 01 0郾 15、0郾 42、1郾 1 0郾 57、0郾 42、0郾 3 非空调工况下的纯弥散供氧,单送氧口送氧时, 送氧口位于侧墙壁面左侧空调送风口的中心位置, 非空调工况下送氧口具体位置与空调工况下送氧口 位置相同,如图 1 所示;双送氧口送氧时,送氧口位 于两个空调送风口的中心位置,且分别采用竖直向 前、相对 45毅、相背 45毅三种送氧方式,两送氧口间距 及具体位置,如图 2 所示. 空调工况下的混合式送 风送氧,双送氧口位于两个空调送风口的中心位置 且采用竖直向前的送氧方式. 具体送氧口形式,如 表 2 所示. 图 2 非空调工况下双送氧口位置示意图 郾 (a) 竖直向前; (b) 相对 45毅; (c) 相背 45毅 Fig. 2 Schematic diagram of double oxygen鄄feeding ports in non鄄air鄄conditioning conditions: ( a) vertical forward鄄facing port; ( b) 45毅鄄opposing port; (c) 45毅鄄back鄄to鄄back port 1郾 2 控制方程 为了简化模型,做以下假设:(1) 送氧口以射 流形式送出富氧气体,氧气体积分数为 99% ,且主 要为 O2和 N2的二元理想气体混合物;(2) 送氧口 直径较小且以射流形式送出后在密闭房间内的扩 散效果有限,可使用自由射流理论对此流动作相 应描述;(3) 认为流体是稳定不可压缩流体,湍流 模型采用 k 着 双方程模型[22] ,控制方程可表达 如下: (1)连续方程. 鄣ui 鄣xi = 0 (1) (2)动量方程. 鄣(籽ui) 鄣t + 鄣(籽uiuj) 鄣xj = 鄣 鄣x [ j (滋 + 滋t) ( 鄣ui 鄣xj + 鄣ui 鄣x ) ] i - 鄣p 鄣xi + Si (2) (3)组分守恒方程. 鄣cA 鄣t + 鄣(uj cA) 鄣xj = 1 籽 (DAB + DT ) 鄣 鄣x ( j 鄣cA 鄣x ) j (3) (4)湍动能 k 与动能耗散率 着 的 k鄄鄄着 方程. 籽 鄣k 鄣t + 籽 鄣(kui) 鄣xi = 鄣 鄣x [ ( j 滋t 滓k + 滋 ) 鄣k 鄣x ] j + Pk - 籽着 (4) 籽 鄣着 鄣t + 籽 鄣(着ui) 鄣xi = 鄣 鄣x [ ( j 滋t 滓着 + 滋 ) 鄣着 鄣x ] j + C着1 着 k Pk - 籽C着2 着 2 k (5) 式中:籽 为流体密度;t 为时间;ui和 uj为流场速度,代 表 u、v、w 三个坐标方向的速度分量,其中 i 和 j 分别 取 1、2、3,i 和 j 可同时取相同值;xi和 xj为 x、y、z 的 三个坐标分量;p 为时均压力;滋 为动力黏度;滋t 为 湍流黏度,滋t = 籽C滋 k 2 着 ;Si 是动量守恒方程的广义源 项;cA为组分 A 摩尔浓度;DAB为组分 A 在组分 B 中 的扩散系数;DT 为湍流扩散系数;Pk = 滋t ( 鄣ui 鄣xj + 鄣uj 鄣x ) i 鄣ui 鄣xj ;方程中涉及的经验常数取值分别为 C滋 = 0郾 09,滓k = 1郾 0,滓着 = 1郾 3,C着1 = 1郾 44,C着2 = 1郾 92 [23] . 1郾 3 初始条件和边界条件 空调送风口及送氧口的入口条件均为入口风速 (Vin ),即假定入口风速均匀分布,Vin = Q·M -1 ,Q 为送 ·1063·