教室混合通风的数值模拟和实验研究

摘要

教室作为学生获取知识的主要场所，室内热环境的好坏直接影响学生的学习效率以及生理、心理健康。本文考虑目前教室夏季通风涉及的室内热舒适性、室内空气品质、节能等问题，提出将一种新型的通风方式—混合通风运用于教室通风的全新思想，以此满足室内热舒适性和空气品质要求并降低能耗。 本课题研究的是通过地下风道冷却新风对教室进行混合通风的通风方式。由于在现实中进行混合通风实验难度较大，本文采用CFD数值模拟的方法对其进行研究。首先通过模型实验验证CFD方法运用于混合通风系统的准确性和有效性，然后运用CFD商用模拟软件FLUENT对普通教室夏季通风工况、几种混合通风工况及地下风道冷却系统进行了数值模拟，模拟内容包括室内温度分布、速度分布、PMV值分布以及CO2浓度分布，并对普通教室夏季通风工况和混合通风教室夏季通风工况进行了经济性比较。 通过对模拟结果的分析以及经济性比较发现，夏季教室混合通风方式虽然在热舒适性上和普通教室分体空调进行空气调节并没有显示出绝对优势，但在满足人体基本热舒适要求的同时，室内CO2浓度仅为采用分体式空调进行空气调节时浓度的1/5，运行费用也只其1/6。因此采用地下风道冷却新风对教室进行混合通风的通风方式能满足学生基本热舒适性的情况下，大幅度降低室内CO2浓度，显著降低运行费用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1研究背景

1.2国内外的研究现状

1.2.1教室通风的研究现状

1.2.2混合通风的研究现状

1.2.3混合通风系统组成和控制方法

1.3 CFD与HVAC的结合

1.3.1 CFD介绍

1.3.2 CFD软件介绍

1.3.3 CFD在国内外HVAC领域的应用

1.4本文的研究思路

2 混合通风的理论及数学模型

2.1自然通风

2.1.1热压驱动的自然通风

2.1.2风压驱动的自然通风

2.2机械通风

2.3混合通风

2.4混合通风基本数学模型

2.4.1紊流的模拟方法

2.4.2几种常见的紊流模型

3 数值模拟可行性的实验论证

3.1实验介绍

3.1.1实验装置

3.1.2热源

3.1.3控制原理及实验数据的获取

3.1.4实验工况

3.2模拟工况介绍

3.2.1物理模型和数学模型

3.2.2模拟中几个条件的简化

3.2.3各个计算参数和边界条件的设定

3.3模拟结果和实验数据的比较分析

3.3.1对模拟结果的定性分析

3.3.2模拟结果对比试验结果的定量分析

3.3.3小结

4 对现有教室通风方式的模拟分析

4.1现有教室通风方式的描述

4.2模拟工况的选取以及简化

4.3模拟结果及分析

4.3.1温度分布

4.3.2速度分布

4.3.3 PMV分布

4.3.4 CO2分布

4.3.5小结

5 混合通风方式的模拟及同普通教室通风方式的对比分析

5.1基本模型

5.2对地下风道的模拟

5.3对混合通风教室内流场和温度场及热舒适性的模拟

5.3.1距地面不同高度的温度分布和PMV值分布

5.3.2最热面和最冷面上温度分布和PMV值分布

5.3.3室内最易产生吹风感的面上的速度云图和矢量图

5.3.4距地面不同高度面上的CO2浓度分布

5.4混合通风下送风形式与上送风形式的对比分析

5.5混合通风同普通教室通风的对比经济性分析

5.6本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2模拟技术在暖通空调领域的应用前景

参考文献

在学研究成果

致谢