空调送风速度和百叶开度对R32扩散影响分析

郑亚飞 金梧凤 张 燕

(1.天津商业大学，天津 300134； 2.北京清华同衡规划设计研究院有限公司，北京 100000)

空调送风速度和百叶开度对R32扩散影响分析

郑亚飞1金梧凤1张 燕2

(1.天津商业大学，天津 300134； 2.北京清华同衡规划设计研究院有限公司，北京 100000)

采用Fluent模拟软件对家用分体式空调中制冷剂R32泄漏扩散进行模拟，详细分析了空调百叶开度和送风速度对R32在室内扩散的影响，得出了一些有价值的结论,以供参考。

泄漏扩散，室内，百叶开度，送风速度

为了保护人类赖以生存的环境，国际社会召开了一系列会议并制定了相应的合约[1]，如《维也纳公约》《蒙特利尔议定书》等，其中已经规定了CFCs和HFCs类工质的限制使用时间。因此既绿色又环保的制冷剂进入到公众的视野。制冷剂R32因为其良好的环保特性和热工性能被认为是良好的替代产品，但因其可燃性，存在对周围环境和人身安全的威胁，受到限制。

很多学者已经开展了制冷剂泄漏扩散的研究，彭继军学者[2]在制冷剂和环境之间热交换的基础上建立了气液相空间动态泄漏模型，得出气相泄漏相对液相泄漏更安全。杨昭等学者提出了气相制冷剂泄漏量的计算方法，并得出泄漏点存在一个局部可燃浓度范围，即存在着火爆炸的危险[3]。宣永梅建立了泄漏模型，得出了R22的替代制冷剂HFC-161/125/32各组分质量成分的变化规律[4]。本文建立小房间住宅室内泄漏模型，对泄漏扩散进行数值模拟，分析不同影响因素对泄漏扩散的影响。

1 控制方程与物理模型

1.1 控制方程

这里认为R32气体在室内的泄漏扩散问题是无化学反应的单相多组分扩散问题，它的控制方程[5-8]包括连续性方程，动量守恒方程，能量守恒方程和组分输运方程，以及针对气体流动的湍流模型方程。

1)连续性方程：

(1)

2)动量守恒方程:

(2)

3)能量守恒方程：

(3)

4)组分输运方程：

(4)

1.2 物理模型

如图1所示为分体式空调室内机的几何模型和空调百叶开度的模型图，其中分体式空调室内机的尺寸为885 mm×285 mm×210 mm，为了简化模拟，将送风口和回风口分别处理成785 mm×123 mm和885 mm×210 mm的长方形风口。另外为了得到不同百叶角度对浓度分布的影响，模拟中主要对最小百叶开度、最大百叶开度和中间百叶开度进行研究，角度分别为25°，43°和34°。

模拟房间的结构如图2所示，该房间的尺寸3 900 mm×2 900 mm×2 750 mm，室内机安装在房间的角落处，距北墙和屋顶分别为190 mm和240 mm。研究该房间区域内R32泄漏的浓度场分布，对其进行网格划分。空调的泄漏量按型号为LS-B3541AT的壁挂式空调充注量700 g进行泄漏。

2 结果分析

2.1 不同百叶角度的影响

模拟过程中，选取了三个百叶角度进行数值计算，分别是25°，34°和43°，当百叶角度不同时，空调的送风方向之间会出现差异，进而将导致R32在室内的扩散分布出现不同。

由于x=2.267 5 m平面与泄漏口相交，故选取该平面作为参考平面，且t=2 min时流场已经发展稳定，故对该时刻的速度矢量图进行分析。如图3所示，为空调送风速度3.8 m/s，百叶角度分别为25°，34°和43°时，x=2.267 5 m平面在t=2 min的速度矢量图。从图中可以看出当百叶角度为25°时，空调的送风方向在靠近室内机处水平偏下，随着距室内机距离的增大，送风方向逐渐向上偏移，到达壁面后沿着壁面方向开始向下运动；当百叶角度为34°时，空调向着斜下方送风，到达地面后冷空气沿着地面运动；当百叶角度增大到43°时，空调以更大的斜度向斜下方送风，且该百叶角度下送风到达地面的距离要比34°时距室内机更近，当送风到达地面后冷空气沿着地面运动，随后顺着壁面缓慢上升。即随着百叶角度的增大，空调的送风方向逐渐向斜下方偏移。

观察图3可以发现送风影响区域均达到了室内机正对的壁面和地面处，且在空调送风的过程中，送风气流将与周围环境发生热交换，故随着热空气上升、冷空气下降，可以看到在室内形成了多个涡流区。而室内机下方由于空调送风较难到达，气流扰动最小，故易形成送风死区。

为了得到室内浓度随百叶角度的变化规律，在x=2.267 5 m平面上选取了一个典型点A，A点位于该平面中部，坐标为(2.267 5，1.6，1)，观察该点处的浓度值随百叶角度的变化情况。

如图4所示为空调送风速度3.8 m/s，百叶角度分别为25°，34°和43°时，点A处的浓度变化曲线，从图中可以看出随着时间的增长，A点处的浓度值呈逐渐增大趋势。经对比可以发现在泄漏开始阶段，各角度下的浓度值几乎相等，浓度曲线几乎重合；当时间超过150 s之后，浓度值的增长速度变缓，此时百叶角度为25°的浓度值最大，其次为43°和34°。因此可以认为尽管百叶角度不同导致流场内的气流组织出现很大差别，但点A处的浓度值却不与百叶角度呈规律性变化。

2.2 不同送风速度的影响

为了得到不同送风速度对浓度值的影响，模拟过程中分别选取了3个送风速度进行数值计算，分别是3.8 m/s，5.8 m/s和7.6 m/s，下面对不同送风速度下x=2.267 5 m平面的速度矢量图进行分析。如图5所示为空调百叶角度25°，送风速度为3.8 m/s，5.8 m/s和7.6 m/s时，x=2.267 5 m平面在t=2 min时的速度矢量图。将图5a)～图5c)进行对比，可以看出气流场的运动趋势均一致，但随着送风速度的增大，室内机周围的气流扰动逐渐增大，送风主流区的速度也逐渐增大，且带动室内气流进行运动和热交换的能力也逐渐增强。

如图6所示为百叶角度25°，空调送风速度分别为3.8 m/s，5.8 m/s和7.6 m/s时点A处的浓度变化曲线。从图中可以看出随着时间的增长，A点处的浓度呈逐渐增大趋势，且随着时间的推移，送风速度为3.8 m/s和7.6 m/s的浓度值要高于5.8 m/s时的浓度值，5.8 m/s时当时间超过50 s时，浓度值的增长速度缓慢，而另外两个速度的浓度增长速度相似且均大于5.8 m/s时的增速。通过对浓度值对比可以认为尽管送风速度的不同对流场造成了些许差异，但与浓度值之间并无规律性关系。

3 结语

本文以普通分体式空调在室内发生泄漏为研究对象，分析空调送风百叶开度和送风速度对R32在室内扩散的影响，得出：

1)不同的百叶开度将导致室内的流场出现很大差别，但泄漏初始阶段百叶开度对浓度值的影响较小，到2 min后，随着百叶开度的增大浓度值也增大。2)不同的送风速度也会使室内气流扰动的强弱出现差距，但室内各测点的浓度值却并不与百叶角度和送风速度呈规律性变化。3)在以上模拟工况里，R32浓度只在泄漏口周围存在危险区域，大部分区域是在安全范围内。

[1] Molina M.J, Rowland F.S.Stratospheric Sink for Chlorofluoromethanes: Chlorine Atom Catalyzed Destruction of Ozone, Nature 249,1974:810-812.

[2] 彭继军.R22替代及工质泄漏扩散危险性理论分析与实验研究[D].天津：天津大学机械工程学院,2006.

[3] 田贯三,杨 昭.制冷系统可燃工质泄漏喷射过程的模拟研究[J].工程热物理学报,2000,21(4):401-404.

[4] 宣永梅,陈光明.HCFC-22替代制冷剂HFC-161/125/32的泄漏特性理论分析[J].制冷学报,2011,32(4):67-71.

[5] 陶文铨.数值传热学[M].西安：西安交通大学出版社,1988.

[6] 王福军.计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社,2004:43-48.

[7] 傅德熏,马延文.计算流体力学[M].北京：高等教育出版社,2002.

[8] 郭宽良.计算传热学[M].合肥：中国科学技术大学出版社,1988:8-29.

On analysis of influence of air-conditionerair velocity and shutter opening on diffusion of R32

Zheng Yafei1Jin Wufeng1Zhang Yan2

(1.TianjinUniversityofCommerce,Tianjin300134,China;2.BeijingQinghuaTonghengPlanningDesignInstituteCo.,Ltd,Beijing100000,China)

The paper adopts Fluent simulation software to simulate the leakage and diffusion of R32, the refrigerating fluid, in domestic split-type air-conditioner, analyzes influence of air-conditioner air velocity and shutter opening on diffusion of R32, and achieves some conclusion, so as to provide some reference.

leakage and diffusion, indoor, shutter opening, air velocity

2015-02-04

郑亚飞(1990- )，男，在读硕士； 金梧凤(1964- )，男，副教授

1009-6825(2015)11-0114-03

TU831

A