室内空气稳定性对小室气流及污染物传播特性的影响研究

论文摘要

室内空气稳定性的概念来源与大气稳定性,是指室内空气抵抗垂直运动的强弱程度,可用环境温度垂直递减率γ= ??T /?Y来判定。本文从传热角度出发,对室内空气稳定性的概念进一步深化,理解为室内空气稳定性是通过导热作用的强弱及方向进行判定的,同时反映了对流强度。为了研究通风与室内空气稳定性共同作用时小室内气流特性,引入混合对流判定准则数Ri = Gr /Re2,并建立CaseⅠ与CaseⅡ模型,重点分析稳定型与不稳定型时小室气流特点。模型与不同的边界条件组合后,形成A、B、C三组算例。A组与B组Gr不同,B组与C组边界条件相同,模型不同。利用CFD数值模拟,分别计算了三种入口速度( Re = 100,Re = 316及Re = 3162)条件下的气流分布及污染物传播特点。研究发现当空气以不同的通风速度进入室内时,若Ri >> 1时,室内传热以导热为主,对流作用只集中在很小的区域内;而当Ri < 1时,室内传热以对流为主,导热作用不明显。导热与对流的方向相同使传热率增大,而两者方向相反会导致传热作用的抵消,结合小室流线分布从而解释了室内温度场的分布的特点。而当Re不变, Gr增大时,对流传热强度会增大,主要是混合对流中的自然对流强度增大。将入口空气射流改为CO 2时,室内空气稳定性的强弱及污染物的扩散速度的相对大小仍利用Ri = Gr /Re2进行判断。在Ri >> 1时,污染物传播及室内流线分布受室内空气稳定性的作用明显,稳定型抑制流体流动,不稳定型使流体流动加强;当Ri < 1时,入口污染物以较高的速度进入小室,稳定性作用不明显。对于流线分布,当Ri >> 1时,室内流线形状随污染物在室内传播而变化,而且稳定型与不稳定型的流线分布差别很大,不稳定型室内涡流面积大;当Ri < 1时,室内流线形状不随时间及稳定性发生变化,且与空气射流时流线分布一致。对于污染物传播,当Ri >> 1时,不稳定型涡流区域远远大于稳定型,室内气流在涡流区内掺混充分,并且以较大的出口速度将污染物带离小室。而此时稳定型与空气掺混不明显,易在室内堆积,不易排出室外。不论何种室内空气稳定性,入口Re增大时,污染物在室内传播速度也会增大。室内空气稳定性将为研究通风、污染物传播及室内空气品质提供理论基础依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 室内空气环境现状
• 1.2 室内空气品质评价方法研究进展
• 1.2.1 国内外室内空气品质评价方法
• 1.2.2 室内空气品质与通风研究回顾
• 1.2.3 室内气流分布要求与评价
• 1.3 室内空气稳定性判定基础
• 1.3.1 大气稳定性的分类标准及判断依据
• 1.3.2 不同温度梯度下顶盖驱动滑移小室对流特性研究
• 1.3.3 室内空气稳定性分类及判断标准
• 1.4 研究内容及创新点
• 1.4.1 研究重点
• 1.4.2 创新点
• 第2章 模型的建立及网格独立性测试
• 2.1 CFD 模型
• 2.1.1 湍流CFD 方法
• 2.1.2 湍流模型
• 2.2 物理模型描述及控制方程
• 2.2.1 物理模型
• 2.2.2 控制方程
• 2.2.3 边界条件设置及流体特性
• 2.3 数值模拟验证
• 2.3.1 网格独立性测试
• 2.3.2 数值计算过程及模型验证
• 2.4 小结
• 第3章 室内气流数值模拟及传热分析
• 3.1 室内气流计算结果分析
• 6 时温度及流线分布'>3.1.1 A 组CaseⅠGr = ±10⁶时温度及流线分布
• 6 时温度及流线分布'>3.1.2 B 组CaseⅠGr = ±5 ×10⁶时温度及流线分布
• 6 时温度及流线分布'>3.1.3 C 组CaseⅡGr = ±5 ×10⁶时温度及流线分布
• 3.2 不同稳定性条件下的传热分析
• 6 时传热特点'>3.2.1 A 组CaseⅠGr = ±10⁶时传热特点
• 6 时传热特点'>3.2.2 B 组CaseⅠGr = ±5 ×10⁶时传热特点
• 6 时传热特点'>3.2.3 C 组CaseⅡGr = ±5 ×10⁶时传热特点
• 3.3 小结
• 第4章 室内空气稳定性对污染物传播的影响
• 4.1 A 组污染物传播特点
• 6 污染物传播'>4.1.1 A 组CaseⅠRe = 100Gr = ±10⁶污染物传播
• 6 污染物传播'>4.1.2 A 组CaseⅠRe = 316Gr = ±10⁶污染物传播
• 6 污染物传播'>4.1.3 A 组CaseⅠRe = 3162Gr = ±10⁶污染物传播
• 4.2 B 组污染物传播特点
• 6 污染物传播'>4.2.1 B 组CaseⅠRe = 100Gr = ±5 ×10⁶污染物传播
• 6 污染物传播'>4.2.2 B 组CaseⅠRe = 316Gr = ±5 ×10⁶污染物传播
• 6 污染物传播'>4.2.3 B 组CaseⅠRe = 3162Gr = ±5 ×10⁶污染物传播
• 4.3 C 组污染物传播特点
• 6 污染物传播'>4.3.1 C 组CaseⅡRe = 100Gr = ±5 ×10⁶污染物传播
• 6 污染物传播'>4.3.2 C 组CaseⅡRe = 316Gr = ±5 ×10⁶污染物传播
• 6 污染物传播'>4.3.3 C 组CaseⅡRe = 3162Gr = ±5 ×10⁶污染物传播
• 4.4 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士期间所发表的学术论文目录）