空调试验房室内空气流场的计算分析摘要：本文对空调试验室流场进行模拟计算，在此基础上对测试室送风系统进行改进设计，明显改善测试室流场分布。

关键词：流场 FLUENT 测试0 综述焓差法实验室常常忽略外部流场分布的不均匀性，以至影响到测试结果的稳定性和准确性。

而大量流场测试周期长、操作复杂，测试室气流速度通常很小，即使微小扰动对测试结果都有很大影响，而且缺乏对气流方向的预测，即使排除人为因素也很难测出流场真实速度，不利于测试室流场改进。

进行数值模拟将有利于工程检测?改进，节省人力、财力和时间。

计算机数值模拟有助于工程设计的改进。

研究如何形成合理的流场，满足测试室负荷要求，避免回流短路现象，以达到良好的送风效果，这具有十分重要的理论意义和实际价值。

1 模型简化与计算为了简化实际问题，便于分析，在建立数学模型前对室内气体的流动先做以下假设:室内气体满足牛顿内摩擦定律，为牛顿流体；室内流体温度变化不大，密度可视为常数；室内气体的流动形式为稳态紊流；在紊流中心区，忽略能量方程中由于粘性作用而引起的能量耗散；室内空气在房间内壁面上满足无滑移边界条件。

本文计算所选择的求解器是Fluent5/6。

对于在用Fluent软件计算时所采用的有关数值计算方法，说明如下：压力项、能量项、紊流动能和紊流耗散率项的离散都采用二阶迎风格式。

二阶迎风格式也就是一阶导数的具有二级截差的差分格式，它可以克服迎风差分截差比较低的缺点而又能保持它的长处。

压力与速度的藕合关系的处理方法选用SIMPLE算法。

采用标准k-ε二两方程模型来求解湍流问题时，控制方程包括质量和方程及k-ε方程。

根据以上假设可建立其数学模型，整场的流动应满足质量和动量方程(1) 质量方程（1） (2) 动量守恒方程（2）湍流模型标准两方程模型[8]（Jones & Launder,1972）湍流动能k的方程，其一般形式为（3）这里，为生成项，为耗散项湍流耗散率ε的方程，一般采用的形式为（4）这里为生成项，为耗散项 2 边界条件本文中的算例包括以下边界条件：给出入口速度边界，具体值由风机风量及送风管道尺寸计算给定给出出口压力边界，具体值由测试给定在固体边界上对速度取无滑移边界条件，即在固定边界上流体的速度等于固体表面的速度. 3 数值计算结果及分析 3.1 水平面X方向原始模型数值模拟及优化改进数值模拟结果如下图1～6所示在图7～8中，可以清楚看到原始数值模拟和优化改进数值模拟在各个水平面上速度的分布及变化情况。

改进模型孔板送风速度分布更加均匀，送风初始平面上速度分布在0.1～0.13m/s之间，与原始模型相比有非常明显的改善。

这主要是因为流线形的隔板能更好的改变静压室内的压力分布，从而更好的改变孔板的送风速度分布，这可以从压力场分布图中得到进一步证明，模拟结果和我们的理论预测有很好的吻合。

3.2 垂直面Z方向原始模型数值模拟及优化改进数值模拟结果如下图9～10所示在图9～10中，可以清楚看到原始数值模拟和优化改进数值模拟在垂直面上的速度分布情况。

在这两张图中速度分布对比十分鲜明，流线形隔板模型速度分布更均匀，死角比较少，除工况机附近及一些死角外，流线形隔板模型在这个平面上的速度均在0.1m/s以上且分布均匀，而原始模型顶部正中部分明显有一个死区。

4 计算结果本文在原始模型数值模拟的基础上，针对原始模型孔板送风速度不均匀的缺陷重新设计一种相对简单实用的流线型模型，通过数值模拟及优化改进得出结论如下：本物理模型的独特之处在于把入口和出口边界放在了非研究区域的送风管道中，而且首次用整个流场回路作为数值模拟计算的对象，这样就把入口和出口简化假设对研究区域的影响降到最小，或者说把简化假设带来的误差引入到非研究区域。

通过扩大模拟范围，来达到净化研究区域的目的.从原始模拟结果来看，孔板送风气流分布不均匀，特别是接近孔板的区域，还存在一定的回流，中间区域流速低，接近于零，两侧流速高，送风口相对一侧墙壁区域附近气流速度最高，中间部分形成两个明显的低速涡流区域。

由于工况机附近负压的影响，造成墙壁一侧和地面上方气流速度偏大，测试室中心区域流速偏低。

进一步分析可知，气流初态决定于静压室内压强分布，气流终态决定于工况机附近负压分布，其它区域为两者相互作用相互影响的过渡区域。

改变气流分布只能从静压室结构和工况机的位置来考虑。

根据原始模拟静压室压力分布不均造成孔板送风不均，作者设计流线型改进模型，经计算主流区域速度分布较原始模型有明显改善。

【提要】本文根据国家标准《建筑抗震设计规范》编制的原则，通过对单层砖柱厂房震害分析，提出相应的抗震设计方法。

【关键词】砖柱厂房，地震震害，抗震设计单层砖柱厂房具有选价低廉、构造简单、施工方便等优点，在中小型工业厂肩中得到广泛应用。

砖柱厂房是以砖柱（墙）做为承重和抗侧力构件，由于材料的脆性性质，其抗震性能比钢筋混凝土柱厂房差；由于砖往厂房内部空旷、横墙问距大，地震时的抗倒塌能力不如砌体结构的民用建筑。

因此根据砖柱厂房的震害特点，找出杭震的薄弱环节，提出相应的抗震措施，提高其抗震能力是必要的。

1．地震震害及其特点： ?地震震害表明：6、7度区单层砖柱厂房破坏较轻，少数砖柱出现弯曲水平裂缝：8度区出现倒塌或局部倒塌，主体结构产生破坏；9度区厂房出现较为严重的破坏，倒塌率较大。

从震害特点看，砖柱是厂房的薄弱环节，外纵墙的砖柱在窗台高度或厂房底部产主水平裂缝，内纵墙的砖柱在底部产生水平裂缝，砖柱的破坏是厂肩倒塌的主要原因。

山墙在地震时产生以水平裂缝为代表的平面外弯曲破坏，山墙外倾、檩条拔出，严重时山墙倒塌，端开间屋盖塌落。

屋盖形式对厂房抗震性能有一定的影响，重屋盖厂房的震害普遍重子轻屋盖厂房，楞摊瓦和稀铺望板的瓦木屋盖，其纵向水平刚度和空间作用较差，地震时屋盖易产生倾斜。

2．适用范围及结构布置 2．1单跨和等高多跨的单层砖柱厂房，当无吊车且跨度和柱顶标高均不大时，地震破坏较轻。

不等高厂房由于高振型的影响，变截面柱的上柱震害严重又不易修复，容易造成屋架塌落。

因此规定砖柱厂房的适用范围为单跨或等高多跨且无桥式吊车的中小型厂房，6－8度时厂房的跨度不大子15m且柱顶标高下大于6．6m，9度时跨度不大于12m且柱顶标高不大于 4．5m。

2．2厂房的平立面应简单规则。

平面宜为矩形，当平面为L、T形时，厂房阴角部位易产生震害，特别是平面刚度不对称，将产生应力集中。

对于立面复杂的厂房，当屋面高低错落时，由于振动的不协调而发主碰撞，震害更为严重。

2．3当厂房体型复杂或有贴建的房屋（或构筑物）时，应设置防震缝将厂房与附属建筑分割成各自独立、体型简单的抗震单元，以避免地震时产主破坏。

针对中小型厂房的特点，钢筋混凝上无檀屋盖的砖柱厂房应设置防震缝，而轻型屋盖的砖柱厂房可不设防震缝。

防震缝处宜设置双柱或双墙，以保证结构的整体稳定性和刚度，防震缝的宽度应根据地震时最大弹塑性变形计算确定。

一般可采用50～70mm。

3．结构体系 3.1地震时厂房破坏程度与屋盖类型有关，一般来说重型屋盖厂房震害重，轻型屋盖厂房震害轻，在高烈度区影响更为明显。

因此要求6－8度时宜采用轻型屋盖，9度时应采用轻型屋盖。

人之地震震害调查表明：6、7度时的单跨和等高多跨砖柱厂房基本完好或轻微破坏，8、9度时排架柱有一定的震害甚至倒塌。

因此《建筑抗震设计规范》（G8Jll一89）规定：6、7度时可采用十字形截面的无筋砖柱，8度1、2类场地应采用组合砖柱，8度3、4类场地及9度时边柱宣采用组合砖柱，中柱直采用钢筋混凝土柱。

经过地震震害分析发现：非抗震设计的单层砖柱厂房经过8度地震也有相当数量的厂房基本完好，所倒塌的厂肩大部份在设计和施工上也存在先天不足，因此正常设计正常施工和正常使用的无筋砖柱单层厂后，在8度区仍然具有一定的抗震能力。

可见对8度区的单层砖柱厂房都配筋的要求是偏严的，在抗震规范的修订稿中将8度1、2类场地“应”采用组合砖往改为“宜”采用组合砖柱，允许设计人员根据不同情况对是否配筋有所选择。

一般来说，当单层砖柱厂房符合砌体结构刚性方案条件，经抗震验算承载力满足要求时，可以采用无筋砖柱。

3. 3对于单层砖柱厂房的纵向仍然要求具有足够的强度和刚度，单靠砖柱做为抗侧力构件是不够的，如果象钢筋混凝土柱厂房那样设置柱间支撑，会吸引相当大的地震剪力。

使砖拄剪坏。

为了增强厂房的纵向抗震承载力，在柱间砌筑与柱整体连接的纵向砖墙，以代替柱间支撑的作用，这是经济有效的方法。

3.4 当厂房两端为非承重山墙时，山墙顶部与檩条或屋面板恨难连接，只能依靠屋架上弦与防风柱上端连接做为山墙顶部的支点，这不仅降低了房屋整体空间作用，对防止山墙的出平面破坏也不利，因此厂房两端均应设置承重山墙。

3．5 厂房的纵横向内隔墙宣做成抗震墙，其目的充分利用培体的功能，避免主体结构的破坏。

当内隔墙不能做成抗震墙时，最好采用轻质隔墙，以避免墙体对柱及柱与屋架连接节点产生不利影响，如果采用非轻质隔墙，则应考虑隔墙对柱及其与屋架节点产生的附加剪力。

3.6 无窗架不应通至厂房单元的端开间，以免过份削弱屋盖的刚度。

天窗架采用砖壁承重时，将产生严重的震害甚至倒塌，地震区应避免使用。

4 抗震承载力计算 4.1 横向抗震计算单层砖往厂房横向抗震计算的计算简图，可按下列规定选取：（1）当厂房柱为无筋砖柱或边柱为组合砖柱、中柱为钢筋混凝土柱时，可采用下端为固接、上端为铰接的徘架结构模型；（2）当厂肩边柱为无筋砖柱、中柱为钢筋混凝士柱，在确定厂房自振周期时，砖柱下端按固接考虑，在计算水平地震作用时，砖柱下端按铰接考虑。

这主要是考宅到在地震作用下，随着变形的不断增加，无筋砖柱下端开裂并退出工作，囚而全部横向地震作用由中部的钢筋混凝土柱承担。

轻型屋盖单层砖柱厂房的横向抗震计算，可以忽略空间工作影响?采用平面排架进、厅计算。

对于钢筋混凝上屋盖和密铺望板的瓦木屋盖厂肩，其空间作用不能忽略，应按空间分析的方法进行计算：但为了简化，对于一定条件下的厂房可以按平面排架进行计算，考虑到其空间工作影响，对计算的地震作用效应要进行调整。

4.2 纵向抗震计算对于钢筋混凝土屋盖的等高多跨砖柱厂房，当考虑屋盖为刚性时，纵向地震作用在各柱列之间的分配与柱列的侧移刚度成正比：当考虑屋盖的弹性进行空间分析时，侧移刚度较大柱列分配的地震作用比按刚性屋盖分配的地震作用小，而侧移刚度较小柱列分配的地震作用比按刚性屋盖分配的地震作用大。

设计中为了利用刚性屋盖假定时纵向地震作用分配形式简单的优点，可以针对不同屋盖形式对柱列的侧移刚度乘以修正系数，做为纵向地震分配时的柱列刚度，并对所计算的厂房自振周期进行修正，以考虑屋盖的弹性影响。

对于纵墙对称布置的单跨厂房，在厂房纵向沿跨中切开，取一个柱列单独进行纵向计算与对厂房进行整体分析结果是相同的。