候车厅大空间内环境的数值研究

摘要

近年来，随着我国大型展览馆、会议中心和航空、铁路、陆路等交通枢纽站的建设，出现了很多大空间建筑，这些建筑具有空间高大、热源集中于下部等特点，仅下部空间为工作区域，为了节省制冷负荷、初期投资和运行能耗，分层空调技术就成为最佳的选择方案之一。分层空调技术是利用合理的气流组织，仅对大空间建筑下部的工作区进行空气调节，而对上部的非工作空间不进行空气调节或只进行通风排热，与全室空调方案相比，分层空调技术在节能降耗方面具有显著的优势。已有的针对高大空间建筑内环境采用分层空调技术的研究，探讨了各种因素对大空间建筑内环境的影响规律，验证了分层空调技术用于改善高大空间建筑内环境的合理性。但目前将分层空调技术用于火车站候车厅内环境气流组织及各种因素影响规律的研究还不够深入和全面。
　　本文以某火车站候车厅为研究对象，通过建立几何模型、数学模型和选用适当的湍流模型，对设计工况下候车厅内的空调气流组织进行数值模拟，以验证气流组织在设计工况下的合理性。结果显示：候车厅内环境工作区的速度量值范围约为-0.2~0.37m/s，工作区的温度稍低于设计温度26℃，PMV(预测平均舒适度)约为-0.5~0.5，PPD(预测不满意百分比)低于7%，符合设计规范要求，说明设计工况下的气流组织分布合理，候车厅的内环境比较理想，乘客大都感到满意。
　　为了研究多种因素对候车厅大空间内环境气流组织的影响，对不同送风温度、送风速度、送风角度、送风高度、送风口型式条件下的气流组织进行了数值模拟分析。结果表明：随着送风温度的提高，候车厅内环境流场的温度升高，PMV和PPD均是先减小后增大，送风温度对流场的影响显著；随着送风速度的增大，工作区的流场速度增大，温度降低，PMV减小，PPD先减小后增大，送风速度对流场的影响显著；随着送风角度的增大，工作区的速度先增大后减小，温度先减小后增大，PMV增大，PPD增大，送风角度对流场的影响显著。随着送风高度的增大，工作区的速度略有增大，温度略有降低，PMV略有增大，PPD增大，送风高度对工作区的流场有一定影响；随着送风口型式的变化(送风口面积的增大)，工作区的速度略有增大，温度略有增大，PMV增大，PPD先减小后增大，送风口型式对工作区的速度、温度、PMV和PPD分布有一定影响。
　　为了了解候车厅内环境气流组织的非定常特性，本文考察了送风开始后20s内气流组织随时间的变化特性，与定常模拟结果进行比较发现：随着时间的推移，大空间内环境的速度从两侧至中间逐渐增大，最终的速度较定常值偏大；内环境的温度从两侧至中间逐渐降低，最终的温度值较定常值偏高；内环境的PMV和PPD从两侧至中间逐渐降低，最终值较定常值偏高。非定常数值模拟可以获得比定常模拟更为精细的气流组织分布情况。

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摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 分层空调技术在国内外的研究现状及应用

1.3 主要研究内容

2 数值模拟理论及方法

2.1 流动控制方程

2.2 湍流流动与换热的数值模拟

2.3 控制方程的离散

2.4 控制方程的求解

2.5 本章小结

3 火车站候车厅模型及气流组织的评价指标

3.1 火车站候车厅几何模型

3.2 夏季空调设计参数

3.3 数学模型的简化

3.4 边界条件

3.5 气流组织的评价指标

3.6 计算方法的验证

3.7 本章小结

4 数值模拟结果及分析

4.1 设计工况下的数值模拟结果分析

4.2 送风温度对气流组织的影响

4.3 送风速度对气流组织的影响

4.4 送风角度对气流组织的影响

4.5 送风高度对气流组织的影响

4.6 送风口型式对气流组织的影响

4.7 气流组织的非定常特性分析

4.8 本章小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果