下送风空调系统送风口的气流流动特性的实验与模拟研究

论文摘要

一个设计良好的下送风空调系统具有改善热舒适性、通风效率和室内空气品质,减少能耗、建筑周期花费和层高等优点。尽管目前国内外已经有了许多工程实践经验,但仍存在一些问题需要解决。例如,空调负荷与空调风量计算方法的确认、热力分层理论的进一步验证以及缺乏与之相应的设计规范与标准,下送风送风口的气流特性及如何避免脚部的吹风感与冷感、室内颗粒物的二次悬浮等。本文首先总结了下送风空调系统的发展、应用范围与研究现状。对某一下送风空调系统的房间(尺寸为3m×3m×3m)在送风口气流方向与地面之间的夹角α为0°、30°、45°、60°和90°的条件下进行了数值模拟计算,分析研究了下送风空调系统送风气流方向对室内气流分布的影响,并通过实验验证了数值模拟结果的可靠性。同时对α为90°时,室内可吸入颗粒物的频数进行了测定,计算出颗粒物的表面积和质量浓度并用公式表示出粒径与频数、表面积和质量浓度的关系。进而分析了吸烟和人员活动对颗粒物粒径分布的影响。研究结果表明:(1)α等于0°、30°和45°时的室内气流流动特性类似,室内最大速度贴近地面。0°时由于贴地处速度最大,最容易吹起地面灰尘产生二次悬浮和对人体脚部产生吹风感,使人感到不舒适。α等于30°和45°时由于室内产生更多的涡流,换气效率较差。(2)α等于60°和90°时的室内气流流动特性类似,室内最大速度在房间中心处。60°时的气流比90°混合更均匀,可以减少室内温差。(3)颗粒物粒径的对数与累积频数的对数呈线性关系,累积总表面积的对数与粒径呈线性关系,累积总质量浓度的对数与粒径呈线性关系。(4)人员活动使室内空气中粒径大于等于1μm的颗粒物浓度增加,总质量浓度增加为无人员活动时的约2倍。而吸烟使室内空气中粒径小于等于1μm的颗粒物浓度增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 下送风空调系统的发展与应用
• 1.2 下送风空调系统的特点
• 1.2.1 下送风空调系统的优点
• 1.2.2 下送风空调系统的应用范围
• 1.2.3 下送风空调系统研究现状及存在的问题
• 1.3 预测室内空气流动状况的方法
• 1.3.1 射流公式法
• 1.3.2 简易分区法
• 1.3.3 数值模拟法
• 1.3.4 模型实验法
• 1.4 本文研究方法及内容
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 课题来源
• 第2章 室内空气流动的数值模拟方法
• 2.1 概述
• 2.2 湍流及其数学描述
• 2.2.1 湍流流动的特征
• 2.2.2 湍流的基本方程
• 2.2.3 湍流的数值模拟方法
• 2.2.4 湍流模型
• 2.3 控制方程的离散化处理和数值计算
• 2.3.1 计算区域的离散化
• 2.3.2 流场数值计算的主要方法
• 2.4 边界条件的应用
• 2.5 网格的生成
• 2.6 FLUENT 软件介绍
• 2.7 本章小结
• 第3章 送风口气流流动特性的数值模拟
• 3.1 模型的建立
• 3.1.1 物理模型
• 3.1.2 网格的划分
• 3.1.3 数学模型的描述
• 3.1.4 边界条件
• 3.1.5 残差
• 3.2 计算的结果与分析
• 3.2.1 速度矢量图
• 3.2.2 横截面速度等值线图和轴心速度散点图
• 3.3 本章小结
• 第4章 α为90°时的室内颗粒物分布特性
• 4.1 研究背景与意义
• 4.1.1 室内颗粒物基本概念
• 4.1.2 本章的研究意义
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 实验时间和地点
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验过程
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 室内颗粒物粒径分布的规律
• 4.3.2 有人活动和无人活动的对比
• 4.3.3 有人吸烟和无人吸烟的对比
• 4.4 本章小结
• 第5章 送风口气流流动特性的实验研究
• 5.1 相似理论
• 5.2 实验方法
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 Case1 的实验结果
• 5.3.2 Case4 的实验结果
• 5.3.3 Case5 的实验结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录