空调室内热环境及人体热舒适性模拟研究

摘要

随着科技水平的迅猛发展，人们生活质量的逐步提升，使得人们对所处的室内环境要求越来越高，对室内热环境及热舒适性的关注度不断增强。一方面由于经济的发展使得周围环境遭到破坏，雾霾天越来越多；另一方面现代人们在室内度过的时间很长，因而一个舒适的室内环境不仅确保人体的健康，而且一个舒适宜人的室内环境还会让人员保持一个较高的学习、工作效率。因此研究室内热环境与人体舒适性是很有必要的。室内热环境对人体体温分布及调节的研究至关重要，国内外对此进行了大量的研究[1][2]。目前国内对人体表面温度分布的研究较少，并大多数未采用对流、辐射及人体热平衡耦合求解的方法模拟人体温度分布。本文重点探索了耦合求解的方法，旨在于获得人体表面真实温度分布。本文基于人体生物热方程，采用两节点模型，提出对流、辐射及人体热平衡耦合求解方法，模拟人体温度分布及侧送风空调房间热环境。计算采用SIMPLE算法，紊流采用雷诺应力模型(RSM)，考虑了人体对流及辐射的影响，采用耦合求解及太阳射线追踪法计算室内人体周围的热环境。研究了室内速度分布、温度、湿度分布情况及其分布规律，同时计算出室内PMV、PPD的值，分析室内人员的热舒适性情况。
　　本研究以Fluent软件为平台，以上海地区冬季工况下某一办公室空调空间为研究对象，依据该办公室建立三维模型，该模型中按正常一人在此办公，然后进行网格划分，将划分好的网格文件导入Fluent软件中，然后依据相关资料进行对应参数的设置，按照热耦合的模拟方法进行模拟研究，最终得出速度场、温度场、湿度场以及PMV-PPD等数据值。此外使用温湿度测量仪、红外热像仪、热像风速仪等仪器对办公室空间和人体表面的温度、湿度、速度数据进行测量，将实验所得结果与模拟结果进行对比。以此验证该热耦合模拟方法的真实性、可行性。同时辅助使用Tecplot、Origin等相关数据处理软件，对模拟结果进行更为直观的展示和对数据的提取分析比较。之后将小空间、单人员的模型拓广到大空间、多人员的模型中，再分析对应情况下室内热环境的优劣以及各人员的热舒适性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题的背景及意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文主要研究内容及创新点

1.4 本章小结

第二章 模拟理论及方法

2.1 湍流概述

2.2 湍流基本方程

2.3 湍流模拟方法

2.4 控制方程求解方法

2.5 本章小结

第三章 办公室模型模拟及验证

3.1 模拟概述

3.2 模型的离散化

3.3 实验介绍

3.4 结果对比及分析

3.5 本章小结

第四章 会议室热环境模拟

4.1 模拟控制方程

4.2 模型建立及边界条件设置

4.3 模拟结果及分析

4.4 本章小结

第五章 室内热环境及热舒适性评价

5.1 室内热环境评价指标

5.2 室内环境热舒适性结果

5.3 侧送风指标结果

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 不足与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文

致谢