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热压自然通风房间气流特性及热舒适性研究

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目录

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 热压自然通风的理论模型研究

1.2.2 热压自然通风的CFD研究

1.2.3 室内热舒适性的研究

1.3 课题的主要研究工作

第二章 热压自然通风的数值模拟

2.1 数值模拟的理论基础

2.1.1 基本控制方程

2.1.2 基于有限体积法的控制方程离散

2.1.3 基于SIMPLEC算法的流场数值计算

2.1.4 湍流模型

2.1.5 Boussinesq假设

2.2 数值模拟的合理性验证

2.2.1 数值模拟方法

2.2.2 合理性验证

2.3 本章小结

第三章 热压自然通风房间的气流特性分析

3.1 典型条件下热压自然通风过程分析

3.1.1 室内外初始温度相同的情形

3.1.2 室内初始温度高于室外温度的情形

3.1.3 室内初始温度低于室外温度的情形

3.2 通风口特性对室内气流特性的影响

3.2.1 通风口位置的影响

3.2.2 通风口面积的影响

3.2.3 通风口形状的影响

3.3 热源特性对室内气流特性的影响

3.3.1 热源功率的影响

3.3.2 热源水平位置的影响

3.3.3 热源垂直位置的影响

3.3 本章小结

第四章 热压自然通风房间的热舒适性分析

4.1 室内热舒适性评价方法

4.2 通风口特性对室内热舒适性的影响

4.2.1 通风口面积的影响

4.2.2 通风口形状的影响

4.3 热源特性对室内热舒适性的影响

4.3.1 热源功率的影响

4.3.2 热源水平位置的影响

4.3.3 热源垂直位置的影响

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

声明

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摘要

自然通风能够改善室内空气环境,提高室内热舒适性。热压自然通风是自然通风的基本方式,其向稳态发展的瞬态过程相对于建筑使用阶段来说并不简短,因此该过程中室内的气流特性以及热舒适状况值得关注。
  本文建立了瞬态热压自然通风的数学模型,并进行了数值求解。为验证数值方法的合理性,将模拟结果与已有研究的区域理论模型求解结果、数值模拟结果和实验数据进行了对比,结果表明本文的数值模拟结果与实验数据吻合较好,数值模拟方法合理可靠。
  数值模拟了33种典型条件下的热压自然通风过程,系统分析了不同室内外初始温度条件下,通风口特性和热源特性对室内温度分布、速度分布、通风量和垂直温差的影响规律。研究表明,对室内初始温度等于室外温度(ΔT0=0)和高于室外温度(ΔT0>0)的情形,通风过程中室内温度上高下低,且随着时间的推移,沿高度方向的温度分层逐渐清晰;对室内初始温度低于室外温度(ΔT0<0)的情形,通风过程相对复杂,通风气流流向由上进下出逐渐转变为下进上出。通风口同侧或异侧设置对室内温度分布、热分层高度及瞬态通风量的影响很小,可以认为通风口位置对室内通风过程基本没有影响。通风口面积越大,瞬态通风量越大,坐姿和站姿时头足部温差均越小。热源功率越大,对ΔT0=0和ΔT0>0的情形,瞬态通风量越大;对ΔT0<0的情形,通风气流流向的转变越晚,且此后风量增加越快。热源功率越大,坐姿和站姿时头足部温差均越大。热源垂直位置越高,瞬态通风量越小,坐姿时头足部的温差越小,站姿时头足部温差越大。通风口形状(宽高比)对瞬态通风量和头足部温差的影响很小。地面热源的水平位置对瞬态通风量和头足部温差影响很小。
  在数值模拟得到的室内流场和温度场数据的基础上,利用适应性热舒适模型计算室内工作区内各点的中性温度Tc,判断各点温度是否位于热舒适范围内,统计工作区内热舒适区域所占的比例α,进而分析了通风口特性和室内热源特性对室内热舒适性的影响。通风口面积越大、热源功率越大或热源位置越高,均会使工作区内满足热舒适要求的区域缩小,人员热舒适性变差。通风口形状(宽高比)和热源水平位置对工作区热舒适性的影响非常小。

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