局部顶送风冷射流与面源羽流相向作用下的混合对流流场特性研究

摘要

随着经济的快速发展，工业建筑室内污染问题日益突出。工业生产过程中散发的各种有害物以及余热余湿，使得工人的作业环境十分恶劣，严重危害操作人员的健康。局部送风是一种节能的通风方式，对于操作岗位固定的高大工业建筑，尤为适宜采用局部送风方式对工人工作区进行重点控制，可有效改善工作区的局部微环境、降低能耗。在工业建筑中，经常存在高强度热源，由热源引起的自然对流、人的热羽流以及局部送风强迫对流耦合作用下的气流规律特性尚不明晰，限制了局部送风系统在工业建筑中的应用。为了提高局部送风系统的性能、降低能耗，有待于对此混合对流的流动机理及混合对流的流动特性和热特性进行深入地研究与探讨。论文研究有高温热源时，顶送风方式下的工作区局部微环境控制。　　首先，研究了送风射流与面源羽流相向作用下的的混合对流流动规律。通过实验与数值模拟的方法研究了射流送风速度、送风温度，热源强度、热源尺寸，背景温度对混合对流流场的影响。发现了混合对流的流动特征：射流与羽流的“相斥”现象，即射流与羽流相互排斥并远离；射流向羽流方向偏转；在高强度羽流作用时射流失效（不能覆盖工作区）。揭示了其相应的流动机理：①射流较弱时，射流与羽流相向流动，在共同作用区，速度下降，压强增加；而射流与羽流另一侧，由于卷吸使得其外侧速度增加，压强降低；从而产生导致相斥流动的压强差。射流较强时，射流冲击地面后射流动量转向，进而推挤羽流。②射流向羽流方向偏转是由于无质量流羽流的卷吸作用。③射流失效是由于热源的次生辐射作用，减弱了送风射流动量，从而不能完全覆盖工作区，并给出了送风射流失效的条件dAr>0.23。基于研究结果，指出了对工作区优化控制的方向。　　其次，人体会对混合对流流场产生重要影响。人体的存在使得送风射流发生偏转、热源羽流贴附人体，造成人体局部微环境流动特性与热特性的剧烈变化，基于数值模拟的方法研究了送风射流速度、温度，热源强度、尺寸，背景温度对人体热特性及热源特性的影响。　　最后，基于研究结果，采用数值模拟的方法对工作区控制的优化方向进行了验证。通过降低屋顶温度，可降低次生辐射对送风射流的影响，进而增大送风射流的有效性。通过研究得出自地面至0.45m处人体表面辐射最大，因此在热源与人体之间增设0.45m高的防辐射隔热板，可有效减小热源对人体表面的辐射得热量，并研究了降低辐射板温度对人体热特性的影响。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 本课题研究的主要内容和研究方法

2 数值模拟计算方法及实验验证

2.1 数值模拟计算方法

2.2 实验研究

2.3 数值模拟方法的验证

2.4 本章小结

3 无人体羽流作用下的混合对流流场的特性研究

3.1物理模型的建立与边界条件的设置

3.2热源强度和送风速度的影响

3.3送风温度的影响

3.4背景温度的影响

3.5本章小结

4 顶送风方式与面热源作用下的人体局部微环境特性研究

4.1 物理模型的建立与边界条件的设置

4.2热源强度和送风速度对人体局部环境的影响

4.3 热源直径对人体局部环境的影响

4.4 送风温度对人体局部环境的影响

4.5 背景温度对人体局部环境的影响

4. 6本章小结

5 局部微环境控制优化

5.1引言

5.2降低次生辐射作用

5.3 加设辐射隔热板

5. 4本章小结

6 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 展望

致谢

参考文献