教室中碰撞射流和置换通风的送风可及性及热环境研究

摘要

过去20年间，随着我国城市地区空调系统运行水平的提高，房间内的空气参数已变得可人工调节以满足对室内热舒适性和空气质量的要求。通风房间的层高可能影响通风系统的气流组织与热舒适性，头足温差也会影响通风系统的热舒适性。与此同时，人们越来越关心如何设计通风系统以尽快将送风送到室内指定区域。另外，在送风中含有污染物时，人们希望污染物到达呼吸区的时间尽可能长，浓度尽可能低。于是，评价有限时段内的通风系统的表现就很有必要。
　　本文采用数值模拟的方法研究了不同层高的教室中置换通风和碰撞射流的气流组织和热舒适性，并通过送风可及性和示踪气体在室内的分布情况研究了两种通风方式在有限时段内的性能表现。
　　结果表明，层高只会影响房间上部的气流流动和温度分布规律，但对房间下部的气流组织和热舒适性几乎没有影响。置换通风房间下部温度分层现象更明显，且头足温差比碰撞射流大。两种通风方式下的速度和PD最大值均出现在接近地面和接近屋顶的位置，但碰撞射流接近地面处的PD最大值比置换通风的大，这说明碰撞射流在此处的舒适性可能不如置换通风。
　　在送风初期，碰撞射流的送风可及性略低于置换通风，但人员周围的分布更为均匀。在置换通风房间中，人员背对风口的坐姿会提高人员呼吸区的送风可及性。随着送风时间的延长，两种通风方式送风可及性的差别变得不再明显。两种送风方式下，房间下部送风可及性均高于房间上部。
　　模拟还发现，在两种通风方式下，离送风口较近处人体附近示踪气体浓度分布与人体位置和方向均有很大关系。在置换通风中人体背风面示踪气体浓度衰减得慢。在离送风口较远的区域，两种通风方式下人体热源迎风面的最高浓度出现的时间与背风面的最高浓度出现的时间相比并无明显规律。
　　此外，在上述两种通风方式下，离送风口越近的区域，示踪气体浓度最大值越高，且出现的时间越早。在相同位置处，碰撞射流最大值出现的时间早于置换通风。

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主要符号表

第一章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 置换通风基本原理

1.3 碰撞射流基本原理

1.4 碰撞射流国内外研究现状

1.5 送风可及性原理简述

1.6 本文研究内容

第二章 模拟方法

2.1 FLUENT程序

2.2 湍流模型

2.3 控制方程

2.4 控制方程的离散和离散格式

第三章 求解模型与实验验证

3.1 物理模型和计算方法

3.2 边界条件和网格独立性

3.3 计算模型的合理性验证

第四章 置换通风与碰撞射流教室内部热环境特征的比较

4.1 温度场特征的比较

4.2 速度场的特征比较

4.3 两种送风方式下人体头足温差与吹风感的分析

4.4 本章小结

第五章 碰撞射流与置换通风送风可及性的比较

5.1 两种通风方式送风可及性与送风时间的关系

5.2 两种通风方式送风可及性的空间分布特征

5.3 送风气流中示踪气体在室内的分布情况

5.4 送风气流中示踪气体最大浓度出现时间

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

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