空調(diào)布局對(duì)機(jī)房內(nèi)燕環(huán)境影響的試驗(yàn)與仿真研究

采用CFD軟件Fluent6.3進(jìn)行模擬，用控制容積法離散微分方程組，采用SIMPLE算法求解速度壓力耦合方程。擴(kuò)散項(xiàng)采用中心差分的離散格式，動(dòng)量方程與能量方程的離散格式選用一階迎風(fēng)格式，F(xiàn)luent6.3軟件選用已標(biāo)定殘差來控制方程的收斂精度，模擬時(shí)各計(jì)算殘差曲線都趨于水平以保證各參數(shù)值的穩(wěn)定。

2.2仿真模型的數(shù)值驗(yàn)證

首先對(duì)模型進(jìn)行了網(wǎng)格數(shù)量敏感性驗(yàn)證，以測量陣測得的各點(diǎn)的溫度、速度值為依據(jù)，研究不同網(wǎng)格類型和數(shù)量下模擬值與測試值的差異。通過驗(yàn)證得到在網(wǎng)格計(jì)算節(jié)點(diǎn)為313929個(gè)、離散單元為1691792個(gè)時(shí)，測試值和模擬值吻合較好，圖1b為模型網(wǎng)格圖，圖2為機(jī)房中最不利點(diǎn)的溫度、流速測量值與模擬值對(duì)比。

從圖2可以看出，溫度、速度的模擬值和實(shí)測值最大誤差分別為2.1℃，0.45m/s，相對(duì)誤差在10%以內(nèi)。實(shí)測值比模擬值波動(dòng)大，原因在于實(shí)際機(jī)架有前后之分，一般前面進(jìn)風(fēng)，后面排風(fēng)，排風(fēng)溫度高于進(jìn)風(fēng)溫度，部分設(shè)備還配有風(fēng)機(jī)，加強(qiáng)了換熱，而模擬時(shí)對(duì)機(jī)架作了簡化處理，忽略了機(jī)架位置以及其內(nèi)部設(shè)備不同造成的影響。對(duì)于整個(gè)機(jī)房的氣流組織而言，這些簡化只影響接近機(jī)架處的空氣參數(shù)，對(duì)機(jī)架間的空氣循環(huán)影響有限，故假設(shè)合理。

2.3空調(diào)室內(nèi)機(jī)組布局形式對(duì)室內(nèi)溫度影響的仿真與優(yōu)化

速度場、溫度場是否合理不但決定著機(jī)房內(nèi)環(huán)境狀況的好壞和熱管理水平的高低，還決定著達(dá)到節(jié)能效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)房存在嚴(yán)重的局部過熱問題(形式1)，在機(jī)房兩端設(shè)備功率相對(duì)較大的情況下出現(xiàn)了機(jī)房中部溫度高于兩端的現(xiàn)象，說明機(jī)房內(nèi)的氣流組織不合理。因此本文提出了空調(diào)機(jī)兩邊同側(cè)(形式2)和斜對(duì)角(形式3)布置形式，空調(diào)布置位置如圖1a中虛線所示，并運(yùn)用Fluent軟件在已驗(yàn)證的形式1模型的基礎(chǔ)上對(duì)這2種形式進(jìn)行了模擬，分析對(duì)比了3種形式下速度、溫度分布情況，研究了機(jī)房在不同布局形式下的氣流組織特點(diǎn)、送風(fēng)口風(fēng)量大小的配置及供冷效果。圖3，圖4分別為3種布局形式下距地面1.2m高處機(jī)房速度、溫度的等值線圖。機(jī)房內(nèi)熱源密集、氣流組織復(fù)雜，不同空調(diào)機(jī)布局形式下必然會(huì)產(chǎn)生不同的室內(nèi)空氣速度、溫度分布規(guī)律。

圖3a和圖4a分別為元機(jī)房的模擬記過，機(jī)房遠(yuǎn)端空氣滯留現(xiàn)象比較嚴(yán)重，大風(fēng)量送風(fēng)口送出的冷風(fēng)只在風(fēng)口正下方及周圍形成了擾動(dòng)，加強(qiáng)了周圍機(jī)架的換熱，但由于機(jī)房面積很大以及機(jī)架的阻擋，在遠(yuǎn)離回風(fēng)口的一側(cè)空氣流速低，等值線閉合，空氣齡加長，出現(xiàn)了局部地方空氣滯留的現(xiàn)象，機(jī)架間等值線沿兩側(cè)扁平延伸，整個(gè)機(jī)房的熱空氣能否循環(huán)困難。機(jī)房內(nèi)溫度分區(qū)明顯并且中部溫度明顯高于兩端，大部分區(qū)域溫度達(dá)到23℃，在中部出現(xiàn)嚴(yán)重的熱島效應(yīng)，這對(duì)機(jī)房中間的機(jī)架換熱極其不利。究其原因，整個(gè)機(jī)房的熱空氣循環(huán)都要經(jīng)過空調(diào)窒內(nèi)機(jī)上面的回風(fēng)口來進(jìn)行，遠(yuǎn)端的熱空氣必須經(jīng)過整個(gè)機(jī)房才能到達(dá)回風(fēng)口，沿四風(fēng)路徑不斷地加熱周圍空氣，使得機(jī)房中部空氣循環(huán)惡化。

圖3b和圖4b為形式l改進(jìn)方案的結(jié)果，將l臺(tái)空調(diào)機(jī)移向機(jī)房一端，原來邊界條件不變。在這種情況下機(jī)房內(nèi)的熱空氣可以通過置于機(jī)房兩側(cè)的回風(fēng)口進(jìn)行循環(huán)，回風(fēng)路徑縮短，空氣齡也相應(yīng)變小，特別是在離空調(diào)機(jī)近的左側(cè)，機(jī)房內(nèi)的速度場得到改善，中部過熱現(xiàn)象也有所緩解，大部分區(qū)域溫度在19℃左右，但機(jī)房的溫度分區(qū)并沒有明顯改善，接近回風(fēng)口處的高速送風(fēng)射流對(duì)周圍熱風(fēng)產(chǎn)生風(fēng)阻，使熱空氣向低壓區(qū)聚集，使得低壓區(qū)溫度有升高的趨勢，達(dá)到約24℃，同時(shí)冷空氣直接進(jìn)入回風(fēng)口，形成冷空氣循環(huán)短路，回風(fēng)溫度降低，造成冷量浪費(fèi)。因此，空調(diào)機(jī)擺放一定要結(jié)合周圍送風(fēng)口送風(fēng)量一起考慮。為了避免回風(fēng)風(fēng)阻以及冷風(fēng)短路，應(yīng)該相應(yīng)減少接近空調(diào)處的送風(fēng)口風(fēng)量。

圖3c和圖4c是針對(duì)形式2的缺點(diǎn)所做的改進(jìn)方案——將2臺(tái)空調(diào)對(duì)角擺放并且將送風(fēng)溫度提高1.5℃時(shí)的模擬結(jié)果。相對(duì)于前2種情況，這種布局形式不但減小了機(jī)房中部熱空氣滯留造成的局部過熱，而且回風(fēng)口周圍送風(fēng)量相對(duì)較小，解決了冷空氣短路及回風(fēng)口風(fēng)阻問題。整個(gè)機(jī)房內(nèi)空氣處于一種均衡的動(dòng)態(tài)循環(huán)之中，無滯留區(qū)，機(jī)房內(nèi)空氣循環(huán)、送風(fēng)口風(fēng)量分布得到優(yōu)化，在送風(fēng)溫度提高1.5℃的情況下，整個(gè)機(jī)房平均溫度維持在20℃左右，機(jī)房環(huán)境符合數(shù)據(jù)機(jī)房環(huán)境要求。局部過熱現(xiàn)象明顯改善，同時(shí)節(jié)約了大量冷量。

3結(jié)論

通過建立機(jī)房內(nèi)測量陣實(shí)現(xiàn)房間速度場、溫度場的測量，并以試驗(yàn)值為依據(jù)確定了合理的機(jī)房簡化模型，借助Flutent軟件，研究了空調(diào)室內(nèi)機(jī)不同布局形式下整個(gè)機(jī)房的氣流組織分布及其對(duì)機(jī)房環(huán)境的影響。研究表明，對(duì)于無新風(fēng)熱空氣全部循環(huán)利用的大型數(shù)據(jù)機(jī)房，空調(diào)室內(nèi)機(jī)的布局關(guān)乎整個(gè)機(jī)房回風(fēng)是否順暢以及冷量能否有效利用；空調(diào)機(jī)的布局要結(jié)合周圍送風(fēng)El風(fēng)量綜合考慮。在本文實(shí)例中采用空調(diào)室內(nèi)機(jī)斜對(duì)角布置，不但解決了機(jī)房局部過熱問題，而且實(shí)現(xiàn)了冷量的有效利用，達(dá)到了機(jī)房節(jié)能要求。建議在進(jìn)行數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮機(jī)房室內(nèi)機(jī)的布局及回風(fēng)口風(fēng)量大小的調(diào)試。