船舶病房气流组织的数值模拟与优化研究

摘要

良好的气流组织对提高船舶病房室内环境的舒适性和去除室内颗粒污染物起着至关重要的作用。可以有效避免病毒、细菌等在室内滋生蔓延，为病员营造一个良好的生活环境。本文运用实验验证和数值模拟相结合的方法，对某船舶病房气流组织进行仿真计算。具体工作如下:
　　本文首先通过实验获得孔板送风、辐射供暖下室内温度分布情况，以及C02浓度和不同粒径颗粒污染物浓度随时间的变化规律。通过对该实验仿真计算，选择最佳的湍流模型、辐射模型和两相流模型，使本文计算结果更具有可靠性。
　　结合船舶医疗病房实际情况，本文共设计局部孔板送风、辐射供暖加新风系统和置换通风三种送风形式，并与现有传统船用布风器送风进行对比。分别通过改变开孔率的大小，改变辐射板位置、温度和送风方式，改变送风口位置分别对局部孔板送风、辐射供暖加新风系统和置换通风进行优化设计，通过分析人员主要停留区域的温度、速度、PMV、换气效率和通风效率，选出每种气流组织形式的最优工况。
　　通过研究人员呼吸、咳嗽时呼出的颗粒污染物在四种气流组织下的运动规律，对比颗粒污染物的排污效率，分析不同粒径大小的颗粒物分布规律，利用SMAA-2随机多属性可接受性分析方法对设计方案进行综合评价，确定最佳气流组织形式。
　　本文将对船舶病房室内气流组织的方案设计提供参考。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1气流组织国内研究现状

1．2．2气流组织国外研究现状

1．2．3 CFD模拟中风口简化方法的国内外研究进展

1．3论文主要研究内容

第2章数值模拟理论基础

2．1理想假设条件

2．2流体力学基本控制方程

2．2．1质量守恒方程

2．2．2动量守恒方程

2．2．3能量守恒方程

2．2．4组分守恒方程

2．3湍流模型

2．3．1零方程模型

2．3．2标准k-ε模型

2．3．3 RNG k-ε模型

2．4辐射模型

2．4．1S2S辐射模型

2．4．2 DO辐射模型

2．5离散相模型

2．5．1 DPM模型

2．5．2欧拉模型

2．6本章小结

第3章数值模拟的实验验证

3．1实验房间

3．2实验设计

3．2．1实验设备

3．2．2实验工况

3．3实验数据与分析

3．3．1实验数据

3．3．2实验数据处理图

3．4模拟分析与实验验证

3．4．1实验验证模拟边界条件

3．4．2数值模拟结果分析与对比

3．5本章小结

第4章船舶病房气流组织的数值模拟

4．1船舶病房的物理模型

4．2病房气流组织方案

4．2．1局部孔板送风的送风方案

4．2．2辐射供暖加新风系统的送风方案

4．2．3置换通风的送风方案

4．2．4传统船用布风器的送风方案

4．3网格无关性验证

4．4病房气流组织评价指标的选取

4．4．1热舒适性评价指标

4．4．2送风有效性评价指标

4．4．3污染物排除有效性指标

4．5局部孔板送风的模拟结果与分析

4．5．1温度场对比分析

4．5．2速度场对比分析

4．5．3 PMV对比分析

4．5．4空气龄对比分析

4．5．5 CO2浓度对比分析

4．6辐射供暖加新风系统的模拟结果与分析

4．6．1温度场对比分析

4．6．2速度场对比分析

4．6．3 PMV对比分析

4．6．4空气龄对比分析

4．6．5 CO2浓度对比分析

4．7置换通风的模拟结果与分析

4．8传统船用布风器的模拟结果与分析

4．9本章小结

第5章室内颗粒污染物运动规律的数值模拟及综合评价

5．1人员呼出颗粒污染物的基本性质

5．1．1粒径和粒径分布

5．1．2颗粒的速度和质量流量

5．2．1粒子轨迹分析

5．2．2粒子浓度分布分析

5．2．3不同粒径的颗粒分布分析

5．3．1粒子轨迹分析

5．3．2粒子浓度分布分析

5．3．3不同粒径的颗粒分布分析

5．4．1粒子轨迹分析

5．4．2粒子浓度分布分析

5．4．3不同粒径的颗粒分布分析

5．5．1粒子轨迹分析

5．5．2粒子浓度分布分析

5．5．3不同粒径的颗粒分布分析

5．6四种气流组织污染物排污效率对比

5．7不同送风方案的综合评价

5．7．2 SMAA-2方法的基本原理

5．7．3基于SMAA-2方法的气流组织综合评价分析

5．8本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及取得的科研成果

致谢