地板送风室内气流的模拟及可吸入颗粒物沉降规律的研究

摘要

下送风空调这种古老但未普及的空调送风方式，以其良好的空气品质、较大的节能潜力与经济价值、灵活的调节方式、方便的配合形式等许多鲜明的特点明显引起了空调技术人员的关注。我国在地板送风空调的机理、室内温度场与速度场的分布、负荷的确定、气流组织的设计及相关末端设备的开发等方面也做了探讨。近年来，国内有些工程，特别是引进工程，也采用了地板送风空调这种方式。基于以上这些因素本文对地板送风房间内的气流分布和室内可吸入颗粒物沉降规律进行了一系列的理论探讨和实验研究。 本文首先总结了地板送风在国内外的研究现状和存在的一些问题，针对本文所要研究的对象，即地板送风房间室内气流分布和室内颗粒物的沉降。通过使用FUJENT数值模拟软件和PIV模型实验法分别对地板送风室内流场进行模拟，得到了地板送风室内在一定风速下的速度云图、矢量图。并对两种模拟方法进行了比较分析，得出两种方法对地板送风室内气流的模拟吻合较好，在房间中心面两侧都有明显的旋涡存在。在入口送风1m/s时近地面处(除送风口外)速度几乎为零，使得附着在地面的可吸入颗粒物很难克服颗粒与壁面间的黏附力而脱离地面进入气流中而形成二次悬浮。 本文又探讨了室内可吸入颗粒物的分布运动机理为室内可吸入颗粒物沉降规律的研究奠定了理论基础。分析了地板送风系统停机后室内可吸入颗粒物浓度变化因素，建立了关于颗粒浓度的沉降模型，求出其分析解，得到停机后室内可吸入颗粒浓度随时间的变化规律。基于该模型结合本实验数据计算了颗粒物的沉降损失率和沉降速度。发现在粒径大于1μm时室内颗粒物的沉降损失率与粒径存在线性正相关关系，粒径小于1μm颗粒物的沉降损失率和衰减率低于粒径大于1μm的颗粒物，且稳定后浓度远大于粒径在1μm以上的颗粒物。进一步证明了大粒径颗粒物沉降主要来自于重力沉降而小粒径颗粒物其沉降由布朗扩散力决定。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1地板送风系统简介

1.1.1地板送风系统国内外现状

1.1.2下送风空调的定义

1.1.3下送风空调的特点

1.1.4地板送风室内空气品质的研究

1.1.5地板送风室内气流分布的研究

1.1.6地板送风存在的问题

1.2地板送风室内颗粒物研究方法的分析

1.2.1地板送风室内颗粒物的分析

1.2.2气固二相流研究方法的分析

1.3本文要做的工作

第2章颗粒物的分布运动机理

2.1颗粒物的分类

2.1.1按粒径分类

2.1.2按来源和成分分类

2.1.3按形成方式分类

2.2颗粒物在近边界层中的运动机理

2.2.1常用参数的定义

2.2.2颗粒物的运动机理分析

2.3颗粒物与壁面之间的相互作用

2.3.1颗粒物与壁面之间的碰撞与反弹

2.3.2颗粒物在壁面上的黏附

2.3.3颗粒物的二次悬浮

2.4本章小结

第3章地板送风室内流场的数值模拟

3.1预测室内空气流动状况的方法

3.1.1射流公式方法

3.1.2简易分区法

3.1.3数值模拟法

3.1.4模型实验法

3.2气流数值模拟的理论基础模型—κ-ε模型

3.2.1黏性系数

3.2.2动能κ的方程

3.2.3湍流耗散率ε的方程

3.2.4封闭常数

3.3气流数值模拟计算中的离散化处理

3.3.1计算区域的离散化

3.3.2控制方程的离散

3.4离散方程的求解方法

3.5流场与其他变量的迭代求解

3.6使用FLUENT软件的计算说明及结果分析

3.6.1 Fluent软件介绍

3.6.2 Fluent计算模型建立

3.6.3 Fluent计算结果及分析

3.7本章小结

第4章地板送风室内流场的PIV模拟

4.1激光粒子图像测速技术原理及系统的基本构成

4.1.1激光粒子图像测速技术原理

4.1.2激光粒子图像测速技术系统的基本构成

4.1.3 PIV在流体实验中的应用情况

4.2 PIV在本文中使用的介绍

4.2.1双脉冲YAG激光器和光学镜头

4.2.2激光脉冲同步器

4.2.3 CCD相机

4.3实验中存在的问题及处理方法

4.3.1示踪粒子的加入方法

4.3.2模型壁面条件

4.3.3激光器与CCD相机的布置和调节

4.4 PIV在模拟等温室内气流组织实验中的应用

4.4.1相似性分析

4.4.2模型和实验装置

4.4.3实验参数的确定

4.4.4实验操作过程和模拟结果

4.4.5实验结果分析

4.5米粒可视化实验及分析

4.6本章小结

第5章地板送风系统室内可吸入颗粒物沉降特性的实验研究

5.1建立沉降模型

5.2实验及分析

5.2.1实验装置及实验方法

5.2.2实验数据及实验结果

5.2.3实验结果分析及讨论

5.3本章小结

结论与展望

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