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地下建筑气流组织的数值模拟研究

作　者: 吴国光
导　师: 宋福元
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 热能工程
关键词: 地下建筑气流组织数值模拟湿度场正交试验设计
分类号: TU962
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

地下建筑密封性强，自然换气不充分，缺少阳光直接照射，夏季其内部空气温度低、相对湿度大且容易滋生污染物。只有合理的气流组织才能充分发挥送风的作用，均匀地移出室内的热量和湿量，并能有效地排除污染物，以满足生产工艺和工作人员对环境的要求。本文研究的某地下建筑主要用于船舶修理，由于底部存有海水及壁面潮湿，导致其内部雾气弥漫、环境恶劣。为满足工艺对环境的要求，必须采用合理的气流组织进行有效的通风除湿。由于地下建筑其独特的特点，影响热湿环境的因素很多，从理论计算上找寻其分布规律比较困难。本文以计算流体力学理论为基础，利用Fluent商业软件模拟了地下建筑不同气流组织的速度场、温度场和相对湿度场，分析总结出送回风方式、送风参数、送风口水平间距、送风口距走廊地面高度和送风口形状等各因素变化对气流组织的影响规律，得出了气流组织的初步方案。利用正交试验设计原理，对各因素不同水平组合的气流组织方案进行模拟。对试验结果进行极差分析和方差分析，得出影响气流组织因素的主次顺序和优水平组合。依据正交试验分析结果，并结合空调耗能理论，通过对气流组织的初步方案进行优化，得出了既满足地下建筑工艺要求又节能的方案。研究结果表明：采用中送上下回风方式，送风温度45℃，送风口水平间距10m，送风口距走廊地面高2m、送风口为0.4m×0.1m扁平状风口的方案为此地下建筑最优的气流组织方案。本文的研究成果为此类地下建筑的通风除湿系统设计提供了一定的参考。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 研究背景和意义  10-11
    1.1.1 地下建筑发展概况  10
    1.1.2 地下建筑特点  10-11
    1.1.3 地下建筑气流组织的研究意义  11
  1.2 气流组织的研究方法  11-13
  1.3 CFD 在暖通空调领域国内外研究现状  13-16
    1.3.1 国外研究现状  13-14
    1.3.2 国内研究现状  14-15
    1.3.3 CFD 在地下建筑通风领域的应用  15-16
  1.4 本课题研究主要内容  16-17
第2章数学理论及方法  17-28
  2.1 基本控制方程  17-19
    2.1.1 质量守恒方程  17
    2.1.2 动量守恒方程  17-18
    2.1.3 能量守恒方程  18-19
    2.1.4 组分守恒方程  19
    2.1.5 通用控制方程  19
  2.2 湍流及模型  19-23
    2.2.1 湍流的基本方程  20-21
    2.2.2 湍流的数值模拟  21
    2.2.3 湍流常用模型简介  21-23
  2.3 浮力驱动流动与自然对流  23-24
  2.4 数值求解方法  24-27
    2.4.1 计算区域的离散化  24-25
    2.4.2 控制方程的离散化  25-26
    2.4.3 流场迭代求解方法  26
    2.4.4 SIMPLE 算法  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章地下建筑通风除湿气流组织的数值模拟  28-43
  3.1 地下建筑气流组织设计简介  28-30
    3.1.1 影响因素  28-30
    3.1.2 设计基础资料和设计任务  30
  3.2 热湿负荷及通风量计算  30-35
    3.2.1 湿负荷计算  30-33
    3.2.2 热负荷计算  33-34
    3.2.3 通风量的确定  34-35
  3.3 物理模型的建立  35-38
    3.3.1 几何模型  35-36
    3.3.2 网格划分与无关性验证  36-37
    3.3.3 模型的假设  37-38
  3.4 数值求解过程  38-40
    3.4.1 边界条件的给定  38-39
    3.4.2 Fluent 相关参数的给定  39-40
    3.4.3 收敛性判定及结果的后处理  40
  3.5 模拟计算方法的验证  40-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章气流组织数值模拟结果分析  43-63
  4.1 送回风方式对气流组织的影响  43-47
    4.1.1 速度场分析  44-45
    4.1.2 温度场分析  45-46
    4.1.3 相对湿度场分析  46-47
  4.2 送风参数对气流组织的影响  47-52
    4.2.1 速度场分析  47-48
    4.2.2 温度场分析  48-50
    4.2.3 相对湿度场分析  50-52
  4.3 送风口水平间距对气流组织的影响  52-55
    4.3.1 速度场分析  52-53
    4.3.2 温度场分析  53-54
    4.3.3 相对湿度场分析  54-55
  4.4 送风口距走廊地面高度对气流组织的影响  55-59
    4.4.1 速度场分析  55-56
    4.4.2 温度场分析  56-58
    4.4.3 相对湿度场  58-59
  4.5 送风口形状对气流组织的影响  59-62
    4.5.1 速度场分析  59-60
    4.5.2 温度场分析  60-61
    4.5.3 相对湿度场分析  61-62
  4.6 本章小结  62-63
第5章基于正交试验的地下建筑气流组织优化设计  63-76
  5.1 正交试验设计基本理论  63-64
    5.1.1 基本概念  63
    5.1.2 基本原理  63-64
  5.2 正交试验方案设计  64-66
    5.2.1 明确试验目的，确定试验指标  64
    5.2.2 确定试验因素并选取适当水平  64-65
    5.2.3 选择合适的正交表  65
    5.2.4 表头设计  65-66
    5.2.5 编制试验方案，按方案试验并记录结果  66
  5.3 试验结果分析  66-72
    5.3.1 极差分析（直观分析）  67-69
    5.3.2 方差分析  69-72
  5.4 气流组织方案的优化  72-75
  5.5 本章小结  75-76
结论  76-78
参考文献  78-82
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  82-83
致谢  83

地下建筑气流组织的数值模拟研究

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