高大空间空调气流组织方式的节能潜力研究

论文摘要

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,Computational Fluid 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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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A 全部围护结构详细冷负荷计算表算表
• 附录B 空调区围护结构详细冷负荷计算表
• 附录C 非空调区围护结构详细冷负荷计算表
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢