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大型超市气流组织数值模拟及风系统优化设计

作　者: 朱红军
导　师: 朱蒙生
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 水力学及河流动力学
关键词: 超市气流组织热舒适全新风运行数值模拟 Airpak
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,超市在我国得到了飞速发展,已经逐渐成为人们的主要购物场所。而超市的购物环境是其吸引顾客的重要筹码,为此,各大中型超市都安装了空调系统。然而超市中央空调却存在很多问题:(1)冷负荷值计算偏大导致设备选型偏大,从而出现机组配置过大,闲置设备自从购买之日就未曾被使用,造成经济的浪费。(2)气流组织不尽合理,致使超市内出现冷热不均的问题,严重影响超市室内的热舒适。(3)过渡季节不能充分采用全新风供冷,致使商场过渡季因新风量不足而温度过高,因而必然延长了冷机开启时间,多浪费了能量。本论文首先对哈尔滨某大型超市的人员密度进行调研,精确计算出超市冷负荷,并将其与传统方法计算出来的冷负荷值相比较。结果表明超市空调冷负荷计算值偏大的主要原因是,设计规范所推荐的人员密度值过大,远远超过实际值数倍。其次,鉴于前人在做超市室内气流组织的数值模拟时均将室内人员设置为均匀分布,本文对超市室内布局和人员分布进行调研,调查结果表明,超市室内各个区域的人员密度相差非常大。依据调查结果用Airpak软件建立准确的超市几何模型。利用Fluent求解器对超市实际的气流组织进行模拟,分析得出超市室内冷热不均问题的原因主要是室内人员不均匀分布和空调系统均匀送风的矛盾以及排风口布置不合理。提出多套优化方案,通过比较最终得出最优的气流组织方案,即根据各区的冷负荷值分区设计空调系统,并且将排风口设置在冷负荷最密集的地方。最后,考虑到现阶段还没有规范规定过渡季节室内空调设计参数,用matlab编程计算Fanger的热舒适方程,确定过渡季节能够满足超市室内热舒适要求的空调设计参数。以此为依据提出了分阶段变风量空调系统并制定了过渡季节全新风运行方案。用Airpak软件对超市空调系统全新风运行工况下的室内流场和温度场进行模拟计算,分析得出当室外空气温度在8～24℃之间时,超市可利用室外新风消除室内冷负荷。另外,以哈尔滨地区典型气候年逐时气象资料为依据,计算哈尔滨超市空调系统全年可采用全新风运行的时间,结果表明哈尔滨地区的超市空调系统全年约有1/3的时间可采用全新风运行。本文的研究成果对于超市空调系统减少初投资,合理进行气流组织而提高热舒适,过渡季节充分利用新风供冷而节约能源有实际的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景  10-12
    1.1.1 超市的发展  10
    1.1.2 超市空调存在的问题  10-11
    1.1.3 超市热舒适及节能之重要性  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-16
    1.2.1 超市空调研究现状  12
    1.2.2 超市空调设计现状  12-13
    1.2.3 CFD 技术概述  13-14
    1.2.4 CFD 技术在国外的应用领域及现状  14-15
    1.2.5 CFD 技术在国内的应用领域及现状  15-16
  1.3 本课题研究的主要内容  16-17
第2章数值模拟理论及软件介绍  17-32
  2.1 模拟方法简介  17-18
    2.1.1 直接数值模拟(DNS)简介  17
    2.1.2 大涡模拟(LES)简介  17-18
    2.1.3 Reynolds 平均法  18
  2.2 Reynolds 时均方程  18-19
  2.3 湍流模型介绍  19-21
  2.4 涡粘模型  21-23
    2.4.1 零方程模型  21
    2.4.2 一方程模型  21
    2.4.3 标准k-ε模型  21-22
    2.4.4 RNG k-ε模型(Renormalization Group)  22-23
  2.5 模型选择  23
  2.6 辐射模型介绍  23-25
  2.7 控制方程的离散  25-26
  2.8 代数方程的求解及SIMPLE 算法  26-27
    2.8.1 代数方程的求解方法  26
    2.8.2 流场计算的SIMPLE 算法  26-27
  2.9 国际上应用较广的CFD 商业软件简介  27-30
    2.9.1 PHOENICS  27
    2.9.2 CFX  27-29
    2.9.3 STAR-CD  29
    2.9.4 FLUENT  29-30
  2.10 Airpark 软件简介  30-31
    2.10.1 Airpak 软件的适用范围  30
    2.10.2 Airpak 软件的特点  30-31
  2.11 本章小结  31-32
第3章超市空调冷负荷计算  32-40
  3.1 超市空调冷负荷计算相关情况简介  32
    3.1.1 超市简介  32
    3.1.2 设计参数  32
  3.2 按照商场类建筑规范计算超市空调负荷  32-35
    3.2.1 围护结构散热量  32-33
    3.2.2 透过玻璃窗的日照得热引起的冷负荷  33
    3.2.3 热设备散热引起的冷负荷  33-34
    3.2.4 照明散热形成的冷负荷  34
    3.2.5 人员散热形成的冷负荷  34-35
    3.2.6 新风冷负荷  35
  3.3 超市空调调研  35-37
    3.3.1 超市建筑使用情况  36
    3.3.2 超市人员密度  36-37
  3.4 基于实际调查结果计算超市空调负荷  37-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章超市室内气流组织的数值模拟  40-65
  4.1 超市室内布局和人员分布的调研  40-43
    4.1.1 超市室内布局  40-41
    4.1.2 超市室内人员分布  41-43
  4.2 超市几何模型的建立  43-44
  4.3 计算方法及收敛原则  44-45
    4.3.1 计算方法  44-45
    4.3.2 离散格式及松弛因子  45
    4.3.3 收敛原则  45
  4.4 超市空调系统形式及气流组织形式  45-47
    4.4.1 超市空调形式  45-46
    4.4.2 超市气流组织形式  46-47
  4.5 超市实际气流组织方式的数值模拟  47-51
    4.5.1 空调方案  47-48
    4.5.2 直线和剖面位置说明  48-49
    4.5.3 模拟结果及分析  49-51
  4.6 在均匀送风基础上优化超市室内气流组织  51-59
    4.6.1 第一套气流组织优化方案  51-54
    4.6.2 第二套气流组织优化方案  54-57
    4.6.3 第三套气流组织优化方案  57-59
  4.7 分区送风优化超市室内气流组织  59-63
    4.7.1 空调分区及各区负荷计算  60
    4.7.2 空调方案  60-61
    4.7.3 模拟结果及分析  61-63
  4.8 本章小结  63-65
第5章过渡季节全新风运行  65-95
  5.1 概述  65-69
    5.1.1 利用新风的方式  65-67
    5.1.2 空调系统过渡季节全新风运行  67-69
  5.2 过渡季节室内设计参数的确定  69-76
    5.2.1 热舒适评价模型  69-70
    5.2.2 超市过渡季节室内热舒适分析  70-76
  5.3 过渡季节全新风运行最小新风量的确定  76-78
  5.4 过渡季节全新风运行方案及其数值模拟  78-91
    5.4.1 分阶段变风量空调系统  78-79
    5.4.2 过渡季节空调系统全新风运行的数值模拟  79-91
  5.5 全新风运行时间  91-93
  5.6 本章小结  93-95
结论  95-97
参考文献  97-102
致谢  102

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