基于桌面工位空调下的气流组织研究

摘要

有关研究表明，长时间生活在目前认为舒适的空调环境中，人体会产生诸如病态建筑综合症等健康问题。面对传统空调技术存在的一些弊端，20世纪80年代以来，制冷空调进入了一个新的发展阶段，新阶段的标志之一就是由舒适性空调向健康空调的变革。工位空调因采用个人调节，通过控制工作区域内温湿度、速度和空气质量，以创造良好的局部微环境来实现个体的舒适性且节约能源，而越来越受到人们的重视。 目前，在基于桌面工位空调的热舒适性和室内空气品质等方面的分析与研究还需进一步完善，一套合理、完整的送风参数体系尚未完全建立。笔者在前人的研究基础上，通过实验研究与数值模拟，分析了桌面工位空调工作区人体的气流组织，探讨了桌面工位空调的送风参数的优化组合。 主要研究工作及其成果有： ①通过实验研究，发现在桌面工位空调送风系统中，由于送风射流集中，在垂直方向上出现明显的速度分层现象，风速较大值主要集中在以风口为中心的0.2m的范围内，且射流造成的速度波动与变化主要集中在使用者呼吸的1.1m左右的高度平面上；而工作区的温度在垂直方向上存在一定的温度梯度，但是并不大，在1℃以内，不会对工作区的人体造成很大的影响；同时得到在工作区不同高度截面上的速度不均匀系数和温度不均匀系数都比较小，工作区气流组织较均匀。 ②通过实验，研究了桌面工位空调送风系统的送风量、送风温度和背景温度对工作区人气流组织的影响，通过对实验结果的方差分析，发现在送风量、送风温度和背景温度这三个参数中，送风量对工作区气流组织的影响最为显著。实验结果也验证了对桌面工位空调系统下的室内气流组织的数值模拟结果的合理性。 ③对有背景送风和没有背景送风的桌面工位空调进行了多种工况的模拟，根据模拟结果对房间内的速度分布和温度分布进行了描述与分析，得出：有背景送风时，工作区温度不均匀系数和速度不均匀系数都比较小，工位空调的送风在工作区形成的空气分布还是比较均匀的；没有背景送风时工作区的速度不均匀系数比较小，但是温度不均匀系数却比较大，工作区温度的分布不均匀，且随着送风温度与房间的设计温度的温差的增大而表现得更加明显著。 ④对有背景送风和没有背景送风的桌面工位空调进行了多种工况的模拟得出：有背景送风的工位空调，在任一送风温度下，随着送风量的增大，能利用系数都呈现出先逐渐升高，在达到某一最大值后，又随着送风量的增大而减小，可见并不是送风量越大越好。而没有背景送风的工位空调，在同一设计室温下，送风温度越高，能量利用系数越小。综合以上的研究，对工位空调送风参数的建议：当背景温度为28℃，送风温度在21℃～23℃之间时，采用90m<'3>/h的送风量。 本研究的成果，可为工位空调送风系统工作区气流组织评价和工位空调系统的设计提供了一定的方法和依据，具有明显的实用意义。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

1绪论

1.1课题的研究背景

1.2工位空调的研究现状

1.2.1定义

1.2.2分类及特点

1.2.3热舒适性

1.2.4室内空气品质

1.2.5节能

1.3暖通空调CFD技术应用现状

1.3.1 CFD在暖通空调中的应用

1.3.2 CFD技术的优点

1.4课题的研究意义和研究内容

1.5小结

2数值计算的理论基础与AIRPAK软件

2.1气流的控制方程

2.2湍流数值模拟方法

2.2.1雷诺应力模型

2.2.2涡粘系数模型

2.3壁面函数法

2.4微分方程的离散求解

2.4.1有限容积法

2.4.2离散方程的求解方法

2.4.3 SIMPLE算法

2.5辐射模型

2.5.1辐射模型的选择

2.5.2 DO辐射模型

2.6 Airpak软件介绍

2.6.1 Airpak软件的发展

2.6.2 Airpak的特点

2.6.3 Airpak的构成

2.6.4 Airpak软件的计算过程

2.7小结

3桌面工位空调气流组织实验及数值模拟的实验验证

3.1桌面工位空调送风系统的设计

3.1.1实验室的布置

3.1.2末端装置的设计

3.1.3送风参数的设计

3.2测试内容、设备及测试方法

3.2.1测试内容

3.2.2测试设备与测试方法

3.3桌面工位空调送风系统的实验目的、设计及安排

3.3.1实验目的

3.3.2实验设计

3.3.3实验安排

3.4气流组织的评价指标

3.4.1不均匀系数

3.4.2能量利用

3.5实验结果分析

3.5.1速度分析

3.5.2温度分析

3.5.3对比分析

3.6送风参数对工作区气流组织的影响研究

3.6.1热舒适性评价指标(PMV)的理论介绍

3.6.2送风参数对工作区气流组织的影响分析

3.7桌面工位空调数值模拟结果的实验验证

3.7.1计算模型的建立

3.7.2数值模拟结果与实验结果的对比

3.8小结

4桌面工位空调的气流组织数值模拟研究

4.1模型的建立

4.1.1物理模型建立

4.1.2模拟环境

4.1.3拟采用模拟方法

4.2有背景送风时桌面工位空调的气流组织数值模拟研究

4.2.1工况设计

4.2.2速度分析

4.2.3温度分析

4.2.4对比分析

4.3没有背景送风时桌面工位空调的气流组织数值模拟研究

4.3.1工况设计

4.3.2速度分析

4.3.3温度分析

4.3.4对比分析

4.4小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致 谢

参考文献

附 录