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细水雾大空间局域环境调节的研究

作　者: 屠欣丞
导　师: 王军锋
学　校: 江苏大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 细水雾大空间局域环境调节喷雾降温气液两相流
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

全球变暖和空气污染是人类当前面临的两大严重环境问题,城市高温所带来的夏季能耗问题逐渐突出。细水雾蒸发降温具有节能环保、无污染的优点,可用于大空间局域环境的调节。本文围绕该技术对细水雾气液两相流动和大空间局域环境调节进行数值模拟和实验研究。针对细水雾大空间局域环境调节的关键问题,进行了以下探索:(1)对不同粒径尺寸液滴在非稳态蒸发过程中的传热传质规律进行研究。通过分析单液滴非稳态蒸发过程的数学模型,对不同粒径尺寸的雾滴在室外环境中的蒸发过程进行了数值求解,分析液滴表面温度、液滴直径随时间变化的发展规律,获得了液滴非稳态蒸发时间与液滴寿命之间的关系。(2)对大空间局域环境降温增湿的模拟技术进行了探索。应用FLUENT软件对大空间局域环境的喷雾两相流场进行数值模拟,分析了不同雾化参数和气相参数下的温度场和湿度场。对人体感知区域的温湿度分布进行对比分析,获得了细水雾在大空间局域环境条件下弥散、蒸发的一般规律。(3)建立射流式低压旋流雾化降温系统和立柱式高压雾化降温系统,对细水雾在大空间局域环境条件下的降温效果和输运特性进行实验研究,获得了不同雾化参数和气相参数对大空间局域环境降温效果的影响规律。优化了高压雾化降温系统中的喷嘴布置;将实验结果和数值模拟结果进行了对比分析研究。(4)提出喷雾降温调节系统的设计方法,建立了细水雾大空间局域环境调节的数学模型。根据建立的细水雾大空间局域环境弥散输运数学模型,分析了半室外环境降温过程中环境湿度的变化规律,通过设定配风量和降温终端的工作频率来控制环境中的湿度变化,使降温空间的相对湿度能够保持在容许范围之内。通过对不同降温形式能耗的比较,分析了细水雾大空间局域环境降温的节能效果。(5)提出以人体舒适度指数作为评价细水雾降温系统性能及调节效果的依据,将细水雾环境降温效果进行量化,为大空间局域环境调节提供了研究方法和理论基础。应用人体舒适度指数模型对降温后的局域环境进行人体舒适度分析,验证了细水雾大空间局域环境调节技术的可行性。将降温前后的人体舒适度指数进行对比后发现:细水雾大空间局域环境调节技术能够改变局域环境的人体舒适度指数,环境质量得到明显改善。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-23
  1.1 课题研究的背景和意义  12
  1.2 细水雾大空间局域环境调节的研究基础与概况  12-20
    1.2.1 夏季城市室外热环境状况  13
    1.2.2 人居环境降温方式  13-14
    1.2.3 湍流对液滴传热传质的影响  14-17
    1.2.4 雾化特性对液滴传热传质的影响  17-18
    1.2.5 细水雾环境降温的应用现状  18-20
  1.3 本文需要解决的关键问题  20-21
  1.4 本文研究的目的和主要内容  21-23
第二章细水雾传热传质分析  23-35
  2.1 引言  23
  2.2 室外环境热平衡分析  23-24
  2.3 液滴的蒸发条件  24-25
  2.4 室外环境中的细水雾传热传质模型  25-30
    2.4.1 液滴蒸发率  25-27
    2.4.2 对流换热阶段模型  27-30
    2.4.3 液滴寿命模型  30
  2.5 非稳态传热传质过程计算  30-33
  2.6 本章小结  33-35
第三章细水雾大空间局域环境调节的数值模拟  35-57
  3.1 假设条件  35
  3.2 控制方程及其通用形式  35-36
  3.3 湍流模型及离散相模型  36-41
  3.4 物理模型及边界条件的建立  41-43
  3.5 连续相流场的计算结果  43-44
  3.6 细水雾大空间局域环境调节的数值模拟  44-56
    3.6.1 细水雾流量对温度场、湿度场的影响  44-46
    3.6.2 液滴粒径对温度场、湿度场的影响  46-48
    3.6.3 出流雷诺数对温度场、湿度场的影响  48-50
    3.6.4 环境类型对温度场、湿度场的影响  50-52
    3.6.5 液滴温度对温度场、湿度场的影响  52-54
    3.6.6 自然风场对温度场、湿度场的影响  54-56
  3.7 本章小结  56-57
第四章细水雾大空间局域环境调节的实验研究  57-76
  4.1 引言  57
  4.2 实验系统  57-59
    4.2.1 射流式低压旋流雾化降温系统  57-58
    4.2.2 立柱式高压喷雾降温调节系统  58-59
  4.3 测量系统  59-62
    4.3.1 雾化参数的测量  59-60
    4.3.2 温度的测量  60-61
    4.3.3 相对湿度的测量  61-62
    4.3.4 细水雾沉积量的测量  62
  4.4 降温效果及分析  62-69
    4.4.1 细水雾流量对温度场的影响  62-65
    4.4.2 液滴粒径对温度的影响  65-66
    4.4.3 自然风速对降温效果的影响  66-68
    4.4.4 雾化喷头的分布特性对降温效果的影响  68-69
  4.5 喷头分布特性的优化分析  69-71
  4.6 细水雾流量对输运特性的影响  71-72
  4.7 液滴粒径对输运特性的影响  72-74
  4.8 实验结果与数值计算的对比  74-75
  4.9 本章小结  75-76
第五章细水雾大空间局域环境调节系统设计  76-90
  5.1 室外环境降温系统设计  76-78
    5.1.1 耗水量设计  76-77
    5.1.2 耗水量计算  77-78
  5.2 半室外环境调节系统设计  78-87
    5.2.1 耗水量计算  78-80
    5.2.2 增湿情况分析  80-82
    5.2.3 增湿情况计算  82-84
    5.2.4 湿度调节设计  84-85
    5.2.5 湿度调节计算  85-87
  5.3 细水雾大空间局域环境调节系统能耗指标分析  87-89
    5.3.1 耗水量与耗电量计算分析  87-88
    5.3.2 减碳量计算分析  88-89
  5.4 本章小结  89-90
第六章细水雾降温效果的人体舒适度分析  90-97
  6.1 引言  90
  6.2 自然环境因素对人体舒适性的影响  90-91
  6.3 室外热环境舒适性评价指标简述  91-95
    6.3.1 PET指数和OUT_SET~*指数  91
    6.3.2 湿球黑球温度(WBGT)  91-92
    6.3.3 人体舒适度指数  92-95
  6.4 人体舒适度指数在喷雾降温调节中的应用  95-96
  6.5 本章小结  96-97
第七章全文总结及进一步工作展望  97-100
  7.1 全文总结  97-99
  7.2 进一步工作展望  99-100
致谢  100-101
参考文献  101-110
攻读硕士学位期间发表的学术论文与研究成果  110

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