通风空调房间流场PIV实验研究和数值预测

论文摘要

通风空调房间的空气流动情况对于建筑物能耗,室内空气品质和人体健康至关重要。研究清楚通风空调房间内的空气流动规律至关重要。由于室内空气流动为非常复杂的湍流流动,传统的测量工具和测量方法很难得到准确理想的基础研究数据。随着粒子图像测速技术（PIV）的出现和发展,对空调通风房间的复杂流场进行准确有效的研究就成为可能。本文研究工作是在一个有机玻璃房间模型（600×300×340mm）内进行的,作者搭建了等温同侧上送下回通风空调系统实验台,应用2DPIV系统测试了该模型房间的二维流场,并应用四种常见的湍流模型对该流场进行的数值预测。四种湍流模型分别为:standard k—εmodel、RNG k—εmodel、Realizable k—εmodel和Indoor Zero-equation model。研究表明:对于空房间,四种湍流模型都能预测出通风空调房间的流场轮廓。在射流主体区:Realizable k—ε和RNG k—εmodel的准确性较高,standard k—εmodel次之。Indoor Zero-equation model的预测结果令人无法接受。在人员工作区,standard k—εmodel的预测结果和实验结果最为接近;对于障碍物房间,standard k—εmodel和Realizable k—εmodel准确预测出了流场的基本轮廓,Indoor Zero-equation model和RNG k—εmodel没有准确预测出流场的基本轮廓。在预测障碍物房间的流场方面,无论是射流主体区还是人员工作区,Realizable k—εmodel的准确性相对最高;四种湍流模型在预测流场的中心旋涡位置和形状时,均存在不同程度的误差。在利用PIV实验结果验证了数值预测结果可靠性的基础上,本文同时还研究了障碍物（180×80×86mm）对通风空调房间流场的影响。结果表明:障碍物会使流场中产生一些旋涡,还会改变流场中风速大小的分布规律;障碍物的位置变化也会改变一些旋涡的位置和形状,从而影响不同区域空气品质的变化;研究同时还表明:当几个障碍物同时存在时,通风空调房间的流场主要取决于上游障碍物的位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 本课题主要研究内容
• 2. 粒子图像测速技术（PIV）及其在通风空调领域的应用
• 2.1 PIV技术的原理
• 2.2 PIV系统的组成
• 2.2.1 成像系统
• 2.2.2 分析显示系统
• 2.2.3 同步控制系统
• 2.3 PIV测试中应注意的关键问题
• 2.3.1 示踪粒子的选取和浓度的控制
• 2.3.2 激光脉冲时间间隔Δt的设定
• 2.3.3 PIV系统的测量精度
• 2.4 PIV技术在通风空调领域的应用
• 3. 通风空调房间流场数值预测方法和应用现状
• 3.1 通风空调房间流场数值预测理论基础
• 3.1.1 湍流数值预测方法
• 3.1.2 离散化方法和离散格式
• 3.1.3 壁面函数和近壁模型
• 3.2 通风空调房间流场数值预测现状
• 4. 通风房间流场四种常用湍流模型有效性PIV实验验证
• 4.1 空房间中四种常用湍流模型的有效性PIV实验研究
• 4.1.1 实验模型
• 4.1.2 数值计算方案
• 4.1.3 实验及讨论
• 4.2 障碍物房间四种常用湍流模型有效性PIV实验验证
• 4.2.1 实验模型
• 4.2.2 数值计算方案
• 4.2.3 实验及讨论
• 4.3 本章小结
• 5. 障碍物对通风空调房间流场影响研究
• 5.1 实验和模型
• 5.2 障碍物房间流场PIV测试和数值模拟
• 5.3 障碍物对通风空调房间流场的影响数值研究
• 5.3.1 有无障碍物通风空调房间流场比较
• 5.3.2 障碍物位置对通风房间流场的影响
• 5.3.3 障碍物数量对通风房间流场的影响
• 5.4 本章小结
• 6. 结论
• 6.1 本文的研究结论
• 6.2 应该深入研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录（硕士研究生学习阶段发表的主要论文）