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人工环境试验室空气流场与温度场的研究

作　者: 肖飚
导　师: 金苏敏；史敏
学　校: 南京工业大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 人工环境试验室数值模拟气流组织温度场速度场
分类号: TB66
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

人工环境试验室是检测各类制冷设备的试验室,它在采集被测试设备性能数据的同时,还必须为被测试设备提供稳定的工作环境。人工环境试验室是检测新研发设备是否达到国家标准的重要工具,对于制冷行业的发展起到重要的作用。试验室内空气速度场和温度场的均匀性是评价试验室设计的重要参数。目前国内在人工环境试验室内空气流场模拟方面的工作做了一些,由于试验室内结构的多变性,用于试验室内设计计算的数据仍显不足,而单以模型试验数据指导设计结构调整,限制了技术的深入发展。如何准确获得人工环境试验室内试验区的速度分布,温度分布是值得研究的课题。本文以合肥通用机械研究院的焓差试验室为研究对象,采用了通用CFD软件求解试验室内送风过程数学模型,分析探讨了不同送风风速、不同送风口位置,不同送风口结构的模拟结果。本文的主要工作和主要结论如下:(1)本文对现有单风口孔板送风结构下室内温度场、速度场进行了试验研究。在试验室内布置了温度、速度测点,采集了制冷、制热两种工况时的温度、速度数据,并且对数据进行了分析。通过分析认为,送风温度的变化对于整个试验区域速度场和温度场的梯度变化影响较小,而送风速度的变化则影响较大。(2)在此基础上本文利用数值模拟软件对焓差试验室内现有的单风口孔板送风结构进行了数值模拟,并且将其模拟结果与试验数据进行了对比。通过对比,验证了数值方法的可靠性,确定了最适合模拟试验室内的计算模型,(3)采用适合试验室的数值模拟计算方法,模拟了不同送风风速下的单风口孔板送风结构模型,分析了送风风速变化对试验区气流温度场,速度场的影响。结果表明,增大送风风速,被测试机组迎风面上的风速也会增大,当风速超过一定值后,试验区内速度场梯度变化会变的更剧烈。在风速不变的条件下,变换送风口的位置,通过对被测试机器迎风面上的速度场研究分析,证明了恰当的改变送风口位置可以有效的改善被测试机器迎风面上的速度场。(4)本文同时还对三风口孔板送风模型和单风口带绕流件孔板送风模型进行了模拟,这两种送风结构是最新方案。经过对模拟结果分析,发现三风口孔板送风结构内,各风口之间的气流束扰动太强,引起试验区内速度场不均匀,当各风口之间的气流出现小温差时,整个试验区内的温度场也受到很大影响;在单风口带绕流件孔板送风结构中,由于空气在送风腔内围绕绕流件发生了绕流,消耗了一部分动能,转变成压力能,形成

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
主要符号表  8-12
第1章绪论  12-20
  1.1 课题的研究背景及意义  12-14
  1.2 课题的研究现状  14-16
    1.2.1 国外的研究现状  14-15
    1.2.2 国内的研究现状  15-16
    1.2.3 国内外的研究结果及不足  16
  1.3 有待深入研究的问题  16-18
  1.4 主要研究内容和研究对象  18-20
    1.4.1 课题来源  18
    1.4.2 研究思路  18
    1.4.3 主要研究内容  18-20
第2章焓差试验室的基本情况  20-26
  2.1 焓差试验室简介  20-21
  2.2 人工环境试验室的气流组织特点  21-23
    2.2.1 试验室通风系统的特征  21-23
    2.2.2 影响试验室内空气流场的因素  23
  2.3 焓差试验室内的主要设备  23-25
  2.4 小结  25-26
第3章空气紊流流动与传热问题的数值解法  26-41
  3.1 紊流概述  26-27
  3.2 流动与传热问题的控制方程  27-30
    3.2.1 常用的数值方法简介  27-28
    3.2.2 紊流及其数值模拟方法概述  28-30
  3.3 紊流方程模型  30-33
    3.3.1 基本方程  30-32
    3.3.2 流动与传热问题控制方程的通用形式  32
    3.3.3 流动与传热问题控制方程的守恒与非守恒形式  32-33
  3.4 控制方程的离散化方法  33-37
    3.4.1 差分格式  34-37
  3.5 边界条件的确定方法  37-39
    3.5.1 近壁面条件的确定  37
    3.5.2 入口边界条件  37-38
    3.5.3 出口边界条件  38-39
    3.5.4 固体壁面条件  39
  3.6 代数方程的求解  39
  3.7 计算收敛原则  39-40
  3.8 小结  40-41
第4章单风口孔板送风结构下的模拟与试验研究  41-60
  4.1 试验室送风结构  41
  4.2 试验目的  41
  4.3 试验测试设备与试验内容  41-43
    4.3.1 测试仪器  41-42
    4.3.2 试验内容  42-43
  4.4 试验方案  43
  4.5 试验数据处理与分析  43-50
  4.6 计算模拟目标  50
  4.7 试验室循环空气量的确定  50-51
  4.8 试验室几何模型及其边界条件确定  51-52
    4.8.1 几何模型的设计  51
    4.8.2 边界条件的确定  51-52
  4.9 网格划分及其计算条件  52-53
    4.9.1 网格划分  52
    4.9.2 模型计算条件  52-53
  4.10 单风口孔板送风结构模拟结果及其分析  53-57
    4.10.1 单风口孔板送风结构特点  53-54
    4.10.2 现有单风口孔板送风模型的模拟结果  54-56
    4.10.3 现有单风口孔板送风模型模拟结果分析  56-57
  4.11 单风口孔板送风结构的模拟结果与试验数据对比  57-58
  4.12 小结  58-60
第5章变送风结构状况下的数值模拟研究  60-79
  5.1 送风结构的改进方向  60-65
    5.1.1 循环空气量不变提高风速的方案模拟情况  60-61
    5.1.2 湿度对于风速临界值的影响  61
    5.1.3 提高风速模型的模拟结果  61-63
    5.1.4 变送风口大小模型模拟结果分析  63-65
  5.2 变送风口位置模型对于试验区空气流场的影响  65-71
    5.2.1 变送风口位置模型的模拟效果图  65-69
    5.2.2 变送风口位置模型的模拟结果分析  69-71
  5.3 三风口模型简介  71-75
    5.3.1 三风口对称模型模拟结果  72-73
    5.3.2 三风口非对称送风结构的模拟结果  73-75
  5.4 单风口加绕流件送风结构模拟结果及分析  75-78
    5.4.1 设计方案理论基础  75
    5.4.2 单风口加绕流件送风结构的特点  75-76
    5.4.3 单风口加绕流件孔板送风模型的模拟结果及分析  76-78
  5.5 小节  78-79
第6章结论与展望  79-82
  6.1 结论  79-80
  6.2 课题展望  80-82
参考文献  82-86
在读期间发表论文及获奖情况  86-87
致谢  87

人工环境试验室空气流场与温度场的研究

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