高大空间空调气流组织方式的节能潜力研究

摘要

近几年来，随着计算机大容量化和高速度化以及计算流体力学(CFD，ComputationalFluid Dynamics)技术的发展，使应用CFD技术模拟高大空间建筑空调系统成为可能。设计者可以在设计阶段对室内气流组织进行预测，对各种参数进行分析评价，从而选择既能满足人体舒适性又能提供良好的室内空气品质、节约能源的气流组织形式。 本文出于这一目的，以西安高新区某公司总部多功能厅为研究对象，对其原设计方案置换通风空调系统，假想方案分层空调系统、上送下回式空调系统的热舒适性与气流组织利用Airpak2.1进行了模拟研究。本文首先对CFD计算原理和方法从数学理论的角度进行了全面阐述，并在此基础上，确定了该技术应用于高大空间建筑空调系统模拟研究的可行性。基于此方法，在随后的几个章节中以西安高新区某公司总部多功能厅为模型，模拟计算比较了三种空调系统的气流组织，特别对温度、风速、人体舒适度评价指标(PMV-PPD)和典型断面流场进行了比较分析。最后总结出，三种空调方式气流组织设计合理，均能满足工作区舒适性要求。其中置换通风空调系统气流和温度分布均匀、空气品质良好、具有较大的节能潜力，在高大空间空调系统中有着其他形式所无法比拟的优势。 实例的分析和论证，显示出了CFD技术在暖通空调设计优化中的强大功效和发展空间。而研究所得结论为高大空间类建筑空调系统优化设计、预测气流组织和热舒适等提供了可靠的理论依据和指导方法，对实际空调工程设计具有一定的指导价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的来源及目的

1.2高大空间建筑

1.2.1高大空间建筑特点

1.2.2高大空间空调负荷研究

1.2.3高大空间气流组织形式

1.3计算流体力学(CFD)在暖通空调中的应用

1.3.1 CFD简介

1.3.2 CFD技术在工程应用中的优势

1.3.3 CFD在暖通空调中的应用

1.3.4 CFD发展方向及存在问题

1.3.5数值模拟软件的介绍

1.4本课题研究对象及主要内容

第二章CFD及其商用软件AIRPAK简介

2.1物理现象的数学描述

2.1.1流体动力学控制方程

2.1.2离散化方法

2.1.3湍流流动及其数值模拟方法

2.1.4湍流基本模型

2.2计算方法及求解过程

2.2.1 AIRPAK软件简介

2.2.2网格生成

2.2.3控制方程的处理方法

2.2.4计算方法

2.2.5因变量的分布假设及收敛原则

2.3本章小结

第三章高大空间研究原型的设定

3.1主要设计参数

3.1.1气象参数(西安)

3.1.2空调室内设计参数

3.2多功能厅建筑条件

3.3多功能厅夏季空调冷负荷计算

3.3.1室内夏季空调冷负荷

3.3.2围护结构夏季空调冷负荷

3.4本章小结

第四章多功能厅空调系统的CFD模拟研究

4.1置换通风空调系统模拟研究

4.1.1气流组织计算

4.1.2模拟边界条件设定

4.1.3模拟结果及分析

4.2分层空调系统模拟研究

4.2.1气流组织计算

4.2.2模拟边界条件设定

4.2.3模拟结果及分析

4.3上送下回式空调系统模拟研究

4.3.1气流组织计算

4.3.2模拟边界条件设定

4.3.3模拟结果及分析

4.4本章小结

第五章 空调系统CFD模拟与实验测试验证

5.1测试报告

5.1.1测试条件

5.1.2测试方案及结果

5.2 CFD模拟及结果对比

5.2.1模拟边界条件设定

5.2.2模拟结果与测试结果的对比

5.3本章小结

第六章研究结论及展望

6.1主要研究结论

6.2课题研究心得

主要参考文献

附录

攻读学位期间取得的研究成果

致 谢