餐饮业厨房置换通风方式的数值模拟分析研究

论文摘要

目前,我国餐饮业厨房具有温度高、油烟污染严重、气流组织不合理等环境特点,恶劣的厨房室内环境会影响工作人员的健康、降低工作效率。置换通风能够提供良好的气流组织形式,提高空气质量和热舒适性,已应用于办公、工业等建筑设计中。本文首次在餐饮业厨房设计中采用置换通风方式,建立了模型厨房,通过对模型厨房速度场和温度场的模拟以及实验测量,验证了所选用数值方法的可行性。在此基础上以某实际厨房工程为研究对象,设计置换通风方式下不同的送风参数,应用Airpark商业软件主要通过数值模拟来分析厨房室内不同位置的速度场、温度场、二氧化碳浓度分布以及空气年龄和PPD-PMV值等特征及规律。本文的研究结果可为置换通风方式在餐饮业厨房建筑中的应用提供了有益探索。主要研究内容及成果有：1.总结了我国餐饮业厨房室内环境特点,分析了厨房室内环境的评价指标。介绍了置换通风的发展状况,在比较了混合通风与置换通风的设计特点后认为：置换通风能够提高室内空气品质,增大通风效率等。2.应用Airpark商业软件对模型厨房进行了数值模拟,采用室内零方程模型,并对物理模型进行一定简化,假设厨房室内具有良好的气密性。通过对比模型厨房速度场和温度场的模拟值与实测值,验证了模型及计算方法的准确性,计算快速、方法简洁。3.以实际工程厨房为模型,依据实际使用状况对物理模型进行简化,通过改变不同送风参数包括送风速度和温度设计了16种通风方案进行数值模拟,分析了室内气流的速度场、温度场以及二氧化碳浓度分布和空气年龄特征等,比较了PMV-PPD指标,由此分析研究置换通风在餐饮业厨房的适用性,以及不同参数对室内空气环境的影响。主要结论有：（1）采用置换通风方式厨房室内整体气流分布稳定,人员呼吸区空气较新鲜。送风速度相同时,送风温度越低,则工作区温度越低,垂直温度梯度越大；送风温度相同时,减小送风速度,则室内垂直温度梯度会加大。为使大多数人没有吹冷风感,针对本文的16种方案,设计送风速度应小于0.25m/s。为减小垂直方向温差、提高舒适性,送风温度不低于20℃。（2）采用置换通风方式送风温度对二氧化碳浓度分布影响不大,但提高送风速度能够控制污染物分布走势,有助于二氧化碳的排出。提高送风速度、降低送风温度会使PMV值减小、PPD值增大。（3）通过对模拟结果进行分析,得出：采用置换通风方式厨房室内气流分布合理、减少了污染物交叉感染,并且置换通风的通风效率均大于100%,明显高于混合通风。通过本文的研究,在餐饮业厨房这一特殊建筑类型中置换通风的优越性得到了充分体现,应用置换通风方式能够有效去除室内余热、改善厨房室内温度与气流分布、提高室内空气品质。在置换通风设计时,应严格控制送风参数,即送风速度不能过高,送风温度不能过低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.2 餐饮业厨房室内环境特点
• 1.2.1 油烟污染
• 1.2.2 空气余热
• 1.2.3 气流组织
• 1.2.4 全天负荷
• 1.3 置换通风和混合通风方式原理
• 1.4 国外置换通风发展概况
• 1.4.1 置换通风设计方法研究
• 1.4.2 热舒适性
• 1.4.3 空气品质
• 1.4.4 应用领域
• 1.5 国内置换通风发展概况
• 1.5.1 热舒适性
• 1.5.2 应用领域
• 1.6 本文主要研究内容
• 第二章 餐饮业厨房室内环境设计与评价
• 2.1 厨房室内环境设计
• 2.1.1 送风温度设计
• 2.1.2 通风气流效果设计
• 2.1.3 负荷计算
• 2.2 厨房室内环境评价指标
• 2.2.1 温度梯度
• 2.2.2 空气年龄
• 2.2.3 换气效率（空气置换系数）
• 2.2.4 通风效率（能量利用系数）
• 2.2.5 PMV与PPD指标
• 第三章 模型厨房数值模拟与实验研究
• 3.1 数值模拟技术在建筑暖通空调领域的应用
• 3.1.1 室内气流分布预测CFD模拟优势
• 3.1.2 Airpak软件
• 3.2 模型厨房的建立
• 3.3 数学模型的建立
• 3.3.1 基本流动控制方程
• 3.3.2 湍流模型
• 3.3.3 物理模型基本假设
• 3.4 边界条件
• 3.5 数值计算过程
• 3.5.1 网格划分
• 3.5.2 求解及参数设定
• 3.6 数值模拟的实验验证
• 3.6.1 实验测量目的
• 3.6.2 实验测试仪器和方法
• 3.6.3 结果分析
• 第四章 餐饮业厨房置换通风的数值模拟研究
• 4.1 物理模型的建立
• 4.1.1 餐饮业厨房工程实例
• 4.1.2 物理模型的简化
• 4.2 数值计算过程
• 4.2.1 边界条件
• 4.2.2 网格划分
• 4.3 数值模拟方案
• 4.4 数值模拟结果分析
• 4.4.1 速度场分布
• 4.4.2 温度场分布
• 4.4.3 二氧化碳浓度场分布
• 4.4.4 空气年龄分布
• 4.4.5 PMV-PPD指标比较
• 第五章 总结与展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 今后展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的论文