計算流體力學模擬方法
本研究試以 CFD 應用軟體 Fluent 進行穩態模
擬分析,先利用前處理軟體 Gambit 建立模型、劃
分網格(Mesh),再於 Fluent 軟體中,選定數值模式
(Numerical Model)、設定邊界條件、決定離散方法
後進行求解。在本三維流體力學問題中,最基本的
統御方程式(Governing Equation)包含質量、動量與
能量守恆方程式,說明如下:
(1) 統御方程式
在本三維流體力學問題中,最基本的統御方
程式(Governing Equation)包含質量、動量與能量
守恆方程式,通式如下:
其中 :流體密度
:速度向量
:不同方程式之變數:擴散係數(Diffusion Coefficient)S:源項(Source Term)(2) 數值模擬之對象
模擬模型之建立,以超耐磨木地板為對象;
為模擬接近實際空間之流場行為,以臺南總爺糖
廠場長宿舍為參考,取主要的建築棟,依據室內
隔間之格局,並參照其架高之木地板之構造,如
圖6、圖7所示,建立一個長約16m、寬約9m、
高約6m模型,地面離木地板0.66m,室內淨高為
2.82m,參閱圖8。
本研究旨在探討通風口對室內環境風場之影
響,開口以日式木構造原有通風之部位,作為開
口設置的參考。所以開口位置選定三個部位作組
合,分別為基座之開口、木地板面引入室內的通
風口與壁面之通風口;基座開口就原有架高地板
之構造,地板開口則以靠牆不影響機能使用之邊
緣線型開口,牆面開口為模擬在障子門窗上部氣
窗之作微量開口之面積。模擬透過各種開口數與
開口位置之組合,來比較各種開口位置對建築物
居室內部溫度之變化,以及評估通風對流的優劣
性。
室內風場
由於模組的開口率較為微小,不易引進較大
之風量,所以在本模擬分析之結果,室內的平均
速度變化約從0.067m/s至0.074m/s,差異不大,故
風速大小對於通風效率之影響並不顯著,將由速
度分佈圖之變化,來分析通風行為的優劣。
建築物的屋頂因受太陽照射之影響,壁面吸
收太陽的輻射熱,在屋頂、璧面周遭的空氣溫度
高、密度低,而室內其他位置為密度較高之冷空
氣。從冷空氣會流向熱空氣之原理,可以從模擬
結果之速度梯度分佈圖14、及圖15,觀察分析到
氣流速度沿壁面、天花周圍,有較大速度變化梯
度。
於模組1超耐磨木地板下方設置了進風口,但因室內
無對外之通風口,無法產生對流之效應。當模組
2、模組3於寢所的北向壁面上,增加約0.5%開口
率,形成通風路徑,帶動室內的空氣由地面往上
流動,尤其於室內木地板底部約30cm高的地方,
速度變化比其他位置較為明顯。
在模組4中,將木地板的進口率從3%提升到
6%,增加流量係數,較模組2及模組3,有較強之
對流,對流範圍也變大。
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