高大中庭空调气流组织的数值模拟研究

摘要

设计初期对高大空间空调气流组织的预测以及对不同设计方案空调效果的预测，一直是困扰工程设计人员的难题。随着计算机技术的高速发展以及计算流体动力学(CFD，Computational Fluid Dynamics)的发展，使应用CFD技术模拟预测高大空间气流组织、热舒适性以及优化设计方案成为可能。本文采用CFD数值模拟的方法对高大中庭空调气流组织及热舒适性进行了研究，以期研究结果能为实际工程的空调设计提供一定的参考。
　　 本文以济南市某大型公共建筑的高大中庭为研究对象，根据建筑的实际尺寸以及空调设计参数，建立分层空调设计方案下的计算模型。采用FLUENT软件，对分层空调设计方案下的气流组织和热舒适性进行了三维数值模拟研究，并对模拟结果进行了分析。模拟计算运用(κ)-ε两方程紊流模型和SLMPLE算法，近壁区采用壁面函数法考虑墙壁边界条件。
　　 本文针对夏季和冬季不同的分层空调设计方案，详细分析了气流组织分布特性，并对各方案下的温度场、速度场、PPD-PMV值分布进行了研究分析。针对冬季工况，探讨了送风角度、送风方式、有无地暖等不同因素对室内热环境的影响。通过选取经典实验小室做模拟，把模拟结果与实验结果做对比，验证了CFD研究方法的正确性和可靠性。
　　 研究结果表明:
　　 1.对于夏季空调，风口布置方式对所选高大中庭气流组织影响不大，两侧送风和中间送风都能实现分层空调的效果，相比之下，中间送风要优于两侧送风。
　　 2.对于冬季空调，送风角度对气流组织影响较大。两侧送风时，送风角度在20°～30°为佳;中间送风时，送风角度在20°时比较好。同一送风角度下，送风方式对分层空调气流组织也有影响，针对本文送风角度为20°时，中间送风方式要好于两侧送风方式。有无地暖对分层空调气流组织也有较大影响，研究结果表明，无论在哪种送风方式下，设置地暖都有利于减小中庭垂直温度梯度。
　　 3.通过实验值和模拟值的对比，验证了CFD模拟方法的可靠性，从而证明CFD方法模拟高大中庭空调气流组织的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外研究现状及意义

1．2．1 国外分层空调研究现状

1．2．2 国内分层空调研究现状

1．2．3 论文研究的意义

1．3 课题研究的内容

第二章 数值模拟方法

2．1 湍流流动概述

2．2 流体动力学控制方程

2．3 湍流模拟的主要方法

2．4 湍流流动基本模型

2．5 边界条件及初始条件的处理

2．6 数值解法

2．7 本章小结

第三章 高大空间分层空调负荷计算与气流组织计算

3．1 高大空间分层空调负荷分布特征

3．2 高大空间分层空调负荷计算方法

3．3 高大空间空调负荷计算

3．3．1 空调设计基础资料

3．3．2 分层空调冷负荷计算

3．3．3 分层空调热负荷计算

3．4 高大空间空调气流组织设计计算

3．4．1 高大空间建筑常用的气流组织方式

3．4．2 夏季工况分层空调气流组织设计计算

3．4．3 冬季工况分层空调气流组织设计计算

3．5 本章小结

第四章 中庭空调气流组织的模拟结果分析

4．1 夏季工况空调气流组织模拟结果分析

4．1．1 模型概况

4．1．2 夏季分层空调边界条件设定

4．1．3 模拟结果与分析

4．2 冬季工况空调气流组织模拟结果分析

4．2．1 模型建立及边界条件的确定

4．2．2 送风角度对室内气流组织的影响

4．2．3 风口布置方式对室内气流组织的影响

4．3 地板辐射采暖加分层空调的模拟分析

4．4 送风小室模拟结果与实验结果的比较验证

4．4．1 验证对象

4．4．2 数值模拟

4．4．3 模拟结果与实验对比

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 不足与展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况