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矩形教室空调气流组织的数值计算开题报告

 2020-07-25 01:02:57  

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告

1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写

2000字左右的文献综述:

文 献 综 述

一.研究背景及意义

气流组织的合理设计是空调设计的一个重要的环节,设计的好坏将直接影响整个空调系统的使用效果,只有在气流组织合理安排的基础上,才能够使系统充分发挥好送风、降温、升温的作用,从而消除余热,最终达到设计要求。

教室作为人员活动相对比较密集的场所,室内空气质量的好坏对学生的学习效率有着很大的影响,随着二氧化碳的逐步增多,如果没有合理的气流组织,就无法及时提供新鲜的空气补给,会是使人产生各种不适的症状。因此,合理的气流组织对于人员集中的教室是极为重要的。

要求合理的空调气流组织,主要是要求在教室内的学习区域保持比较均匀而稳定的温度,同时也要保证风速不超过固定值。而要达到这些要求,除了正确计算负荷和风量,合理的确定各种参数,选用适当的设备,正确进行管路系统设计外,气流组织也是一个重要的因素,包括送回风口的位置,形式,大小,送风射流等。

二.国内外文献分析

计算流体力学是集流体力学,数值计算方法以及计算机图形学于一体的计算机模拟技术。在70年代初期,CFD技术在暖通领域得到应用和发展[1-2],暖通行业用于模拟室内环境的软件主要是基于CFD的室内温度场[3],速度场和模拟计算软件。一般意义上会用到FLUENT[4]、Airspar[5]、PHOENICS、CFX、FIDAP、STAR-CD等,本课题采用的是FLURNT软件。

当前,数值模拟技术的应用很是广泛,对航空、核能、环境工程等方面带来了深刻的影响,对于建筑物内复杂流场的分析有着不可替代的作用。随着CFD技术的推广,特别对于那些室内环境要求较高的建筑物的系统设计以及对烟气和火灾扩散的模拟,自然通风设计,洁净流场分析尤其能发挥它的作用。

国内文件进行分析:

当前,预测气流组织主要有三种方法:

射流公式法[6]:是最为简单的室内空气分布预测方法。按照通风空调送风射流在室内状态可分为自由射流,受限制射流等;同时按射流温度与空气温度是否相等又可分为等温射流和非等温射流等。结合送风口形态又分为平面射流,方形、圆形射流、径向射流、不安全径向射流、锥形射流等。

模型实验法[7]:利用模型对室内空气分布预测是最为可靠的方法,但因其耗资大,周期长,以及书实验技术和测量仪器的限制,导致其局限性很大。

CFD法:随着计算机技术的日益成熟,CFD的应用越来越广泛,通过计算机进行模拟实验,根据室内流动的数学物理模型,对房间进行网格划分,并依照相应的微分公式进行计算。通过CFD模拟技术能够测定室内任意时刻的气压、风速以及温度等,且相比于模型试验法,有节省费用,能够在短时间内精确预测气流的流场等优点。

以计算流体力学和传热学为基础,在利用FLUENT软件的基础上建立模型[8-9],通过对温度、速度、浓度场等数据进行数值模拟,分析不同送风口位置[10]、送风速度、送风方式、对气流组织的影响等方面,并以K-湍流模型[11-13]为基础,并在对数值模拟结果进行分析比较基础上,进而对速度云图和温度等线图进行分析,得到了在不同条件下影响室内的空气品质和人体舒适性的因素,为教室[14]、办公室[15]等室内建筑物的气流组织形式优化设计提供了研究依据。

此外Airspark软件的应用也较为广泛,通过以厨房为研究对象[16],在数值模拟分析的基础上得出了餐饮厨房等室内环境特点和室内的环境评价指标。并对上送上回和下送上回两种送风方式[17]进行分析对比,为不同送风形式下室内气流组织的形式优化提供了研究依据[18-20]

国外文献分析:

介绍了气流合理的组织在建筑设计中的重要性,并以相关模型作为研究对象,分析了各种情况下流体的流通现象以及障碍物对气流流动的影响[21]。同时强调了室内环境要素如温度,气流,湿度等因素对空调工作效果的影响,通过用CFD进行模拟计算,具体分析了不同工况下空调运行的效率[22-23]。重点强调了不同计算机的理论模型和气流组织形式的适应场合以及各类型组织形式在不同情况下具体的工作情况[24]。在对建筑物内部空间通风的研究的基础上提出相应的优化方法,从而改善内部空气的热舒状况和质量状况,显著降低建筑物的冷却能耗,实现了室内空气气流组织的合理布局[25]

三.结束语

在进行计算时要根据夏季、冬季季节的不同以及下雨与干燥情况下的空气中的湿度和干度以及温度等多方面因素进行考虑。矩形教室的气流组织数值计算还要根据教室大小,建立不同模型,选着合理的送风方式,送风速度进行多次对比分析,找出最佳方案以满足室内气流对人体舒适度和适应能耗要求,从而节约资源,提高效率。并根据这些方案设置不同的分组,分别进行研究。

四.主要参考文献

[1]郑万冬,苟湘.Airpak对教室热环境的数值模拟研究[J].消费刊,2008,(23):201-201.

[2]黄珍珍.CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用研究[J].中国高新区,2018,(2).

[3]赵化,徐菱虹.暖通空调领域中关于CFD技术研究与应用的文献统计分析[J].发电与空调,2006,27(4):35-39.

[4]赵琴.Fluent软件的技术特点及其在暖通空调领域的应用[J].计算机应用, 2003,(z2):424-425.

[5]荣琪,敬成君.会议室空调气流组织的数值模拟研究[J].四川建筑,2015,(3):268-270.

[6]赵彬,林波荣,李先庭,等.室内空气分布的预测方法及比较[J].暖通空调,2001, 31(4):82-86.

[7]索中政.不同气流组织方式对室内环境质量影响的数值模拟研究[D].重庆大学, 2005.

[8]周佳,张宝怀.气流组织对室内空气品质影响的数值模拟及分析[C]//全国冷. 2005.

[9]胡平放,蔡芬.气流组织形式对室内空气环境影响的数值模拟[J].土木工程与管理学报,2006,23(2):28-31.

[10]张春阳,林豹.中学教室空调气流组织的数值模拟研究[J].制冷,2010,29(3):50-56.

[11]梅启元.空调房间气流组织的数值计算与模拟[D].南京理工大学,2002.

[12]徐丽,翁培奋,孙为民.三种通风方式下的室内气流组织和室内空气品质的数值分析[J].空气动力学学报,2003,21(3):311-319.

[13]张智,涂旺荣,金培耕,等.空调制冷/制热时室内气流及温度分布数值研究[J].工程热物理学报,2002,23(4):457-460.

[14]温志梅,孔璐玲,韩希强.阶梯形教室变风量空调系统数值模拟研究[C]//2014年山东省科协学术年会.2014.

[15]王一丁,孙三祥,刘改静.不同送风速度下空调房间的气流组织数值模拟[J].建筑节能,2017,(5):25-28.

[16]刘晓凡.餐饮业厨房置换通风方式的数值模拟分析研究[D].江苏大学,2010.

[17]王锋.大学寝室空调气流组织数值模拟研究[J].制冷,2011,30(4):11-16.

[18]祝百茹.空调办公室内气流组织和空气品质评价的数值模拟研究[D].辽宁工程技术大学,2009.

[19]钟武.夏季影响的数值模拟及分析[C]//全国制冷.2005.办公室空调房间气流组织的数值模拟[J].制冷与空调(四川),2011, 25(3):304-308.

[20]杨金凤.中型会议室气流组织的数值模拟研究[D].武汉科技大学,2006.

[21]#262;o#263;i#263;,Aleksandar,Brajovi#263; M, Le#269;i#263; M. Numerical Simulation of Air Flow in Model Room[J]. Pamm, 2016, 16(1):801-802.

[22]Bottani E,Rizzo R,Vignali G.Numerical Simulation of Turbulent Air Flows in Aseptic Clean Rooms[M]// Modelling and Simulation. InTech, 2008.

[23] Oon, C. S., et al. "Numerical simulation of heat transfer to separation air flow in an annular pipe ☆." International Communications in Heat amp; Mass Transfer 39.8(2012):1176-1180.

[24] Kan M, Kawamura T. Numerical Simulation of the Formation of the Complex Linear Dunes[C]// Papers Presented at the Minisymposia Sessions of the Sixth World Congress on Computational Mechanics in Conjunction with the Second Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics. 2004:27-32.

[25]Ficarella A, Laforgia D. Numerical simulation of flow-field and dioxins chemistry for incineration plants and experimental investigation[J].Waste Management,2000, 20(1):27-49.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告

2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):

(1)课题内容

本案例教室的边长为8m#215;10 m,高度为 3.5 m。进口气流流速为1.5m/s,温度为17℃。后壁面、左壁面和右壁面的温度为37℃;前壁面、顶壁面和底壁面的温度为32℃。室内热源折算为74w/m3

(2)设计要求

采用两个进风口和两个出风口,要求室内的气流速度分布和温度分布均较为均匀,舒适度较高。

(3)基本任务

1.简要概述有关传热及流体的数值计算方面的基础知识,包括对教室内流场的模拟方法进行介绍包括流体动力学应用的理论知识等。

2.以典型的矩形教室为物理模型,通过对物理模型的数值模拟,将其气流组织进行热力计算。

3.综合研究的结果,对教室内传统的送风方式提出合理化的建议,提出改善矩形教室的空气流动方式的方法,

(3)研究方法和手段

1.模型选择。

本课题拟采用CFD进行研究,通过对影响教室内空气流动的诸多因素, 比如送风参数,气流的组织形式,热源状况以及空间形状等,利用相关软件来对温度场及流场的模拟。

2.数值模拟。

根据能量守恒等定律建立微分方程,将教室划分为许多离散点,求出各离散点的参数,得到方程的解。

3.数值分析。

得到矩形教室的速度场和温度场,通过调整进风口和出风口的位置和排布,得到多组速度场和温度场分布数据,从中选择合理的进风方式,得到舒适性最高的气流组织。

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