室內(nèi)空氣多態(tài)模擬及對(duì)流反演.pdf

1、基于建筑通風(fēng)、室內(nèi)氣態(tài)污染物傳播、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕傳遞、室內(nèi)工作區(qū)空氣環(huán)境控制、恐怖毒氣和火災(zāi)監(jiān)測(cè)等實(shí)際工程需要，本文從室內(nèi)空氣多態(tài)對(duì)流行為、室內(nèi)空氣對(duì)流反演、室內(nèi)空氣對(duì)流諧振、室內(nèi)空氣雙擴(kuò)散對(duì)流行為等方面開(kāi)展相應(yīng)的基礎(chǔ)研究工作。 首先，在相同物理邊界和不同初始條件的約束下，室內(nèi)將呈現(xiàn)多組不同的空氣、熱和污染物輸運(yùn)結(jié)構(gòu)，即室內(nèi)空氣多態(tài)對(duì)流行為。在工程實(shí)踐中，可以通過(guò)施加不同的初始條件實(shí)現(xiàn)人們所期望的空氣流動(dòng)和熱質(zhì)傳遞模式，如營(yíng)造

2、有利的工作區(qū)空氣環(huán)境、抑制有害物擴(kuò)散、以更小的風(fēng)量獲取更大的工作區(qū)空氣置換能力等。本文采用CFD數(shù)值模擬和PIV水洞模型實(shí)驗(yàn)等方法，探討了雙擴(kuò)散自然對(duì)流、建筑通風(fēng)等過(guò)程出現(xiàn)的室內(nèi)空氣多態(tài)對(duì)流行為，并完成了如下有特色的工作： 數(shù)值探討了離散熱源及污染源聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的室內(nèi)空氣雙擴(kuò)散自然對(duì)流過(guò)程及其多態(tài)行為，并詳細(xì)模擬和分析了浮升力比、熱質(zhì)源間距和熱源強(qiáng)度對(duì)室內(nèi)空氣雙擴(kuò)散對(duì)流過(guò)程及其多態(tài)行為的影響；模擬結(jié)果表明，采用不同的初始條件和控制參

3、數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)各類工程所需的室內(nèi)空氣、熱與污染物的對(duì)流傳輸模式； 數(shù)值模擬了具有三組通風(fēng)口的真實(shí)建筑室內(nèi)空氣多態(tài)對(duì)流行為，分別探討了入流風(fēng)速、房間寬度和送風(fēng)口離地高度對(duì)通風(fēng)室內(nèi)空氣多態(tài)對(duì)流行為的影響；研究表明，室內(nèi)通風(fēng)多態(tài)行為與具體建筑高寬比和送風(fēng)口高度有關(guān)；并且以較少的送風(fēng)量能獲得更高的室內(nèi)工作區(qū)空氣置換量； 采用PIV粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)非接觸式地測(cè)量了真實(shí)建筑通風(fēng)水洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪覂?nèi)流場(chǎng)，研究和驗(yàn)證了由送風(fēng)速度變化所形成的通

4、風(fēng)室內(nèi)空氣多態(tài)對(duì)流行為。 其次，通常的CFD數(shù)值模擬過(guò)程都是依據(jù)邊界條件、初始條件等確定室內(nèi)空氣流場(chǎng)分布。然而，實(shí)際工程實(shí)踐往往需要根據(jù)室內(nèi)部分監(jiān)測(cè)或給定溫度(濃度)值反演確定熱源或污染源，即室內(nèi)空氣對(duì)流反演。對(duì)流反演研究為打擊恐怖毒氣襲擊、預(yù)防火災(zāi)、按人員需求設(shè)計(jì)室內(nèi)空氣環(huán)境等提供了直接的理論依據(jù)。本文從共軛梯度方法出發(fā)，分別開(kāi)展了室內(nèi)空氣自然對(duì)流反演、各向異性介質(zhì)內(nèi)空氣自然對(duì)流反演和室內(nèi)空氣混合對(duì)流反演等多項(xiàng)創(chuàng)新研究工作，具

5、體概述如下， 提出了室內(nèi)空氣自然對(duì)流反演問(wèn)題，統(tǒng)一描述和求解任意區(qū)域內(nèi)自然對(duì)流正問(wèn)題、靈敏度問(wèn)題以及伴隨問(wèn)題，并分別探討了未知邊界熱流分布特性、溫度傳感器位置和數(shù)量、測(cè)量誤差等對(duì)室內(nèi)空氣自然對(duì)流反演精度和效率的影響； 提出和研究各向異性介質(zhì)內(nèi)空氣自然對(duì)流反演問(wèn)題，分別探討了室內(nèi)固塊導(dǎo)熱系數(shù)、固塊尺寸、傳感器位置、未知熱流分布特性和測(cè)量誤差等對(duì)室內(nèi)空氣耦合對(duì)流反演精度和效率的影響； 提出和研究受外部通風(fēng)和室內(nèi)熱浮升

6、力聯(lián)合作用的室內(nèi)空氣混合對(duì)流反演問(wèn)題，分別探討了外部通風(fēng)強(qiáng)度、室內(nèi)熱源強(qiáng)度、熱源分布特性等對(duì)室內(nèi)混合對(duì)流空氣和熱輸運(yùn)過(guò)程的影響，并分析了流場(chǎng)控制參數(shù)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置和測(cè)量誤差等因素對(duì)混合對(duì)流反演計(jì)算效率和精度的影響。 再次，相對(duì)受迫對(duì)流過(guò)程而言，室內(nèi)空氣自然對(duì)流過(guò)程具有零能耗、零噪音等優(yōu)勢(shì)，但熱質(zhì)輸運(yùn)能力太弱。然而，當(dāng)室內(nèi)空氣自然對(duì)流系統(tǒng)受熱脈沖作用，并且脈沖頻率與系統(tǒng)本征頻率接近，自然對(duì)流過(guò)程將出現(xiàn)諧振傳熱行為，系統(tǒng)換熱系數(shù)和能力

7、被顯著地激勵(lì)。建筑、太陽(yáng)能集熱器、電子設(shè)備等經(jīng)常受周期性熱脈沖作用，通過(guò)改變相關(guān)設(shè)置(如家具、內(nèi)飾、集熱器傾斜角度、器件布置等)，營(yíng)造或避免自然對(duì)流熱諧振過(guò)程，為建筑隔熱、太陽(yáng)能采集、電子設(shè)備自然冷卻等提供更高效的工作模式?；诖?，本文開(kāi)展了如下有特色的研究工作， 數(shù)值模擬和尺度解析了多組離散熱源引起的室內(nèi)空氣自然對(duì)流諧振傳熱行為，并詳細(xì)分析了室內(nèi)空氣流動(dòng)及對(duì)流傳熱過(guò)程；數(shù)值模擬了室內(nèi)空氣耦合自然對(duì)流熱諧振行為，分析了室內(nèi)固體材

8、料容積和導(dǎo)熱性能對(duì)耦合自然對(duì)流諧振頻率和生長(zhǎng)過(guò)程的影響。 最后，室內(nèi)空氣雙擴(kuò)散對(duì)流行為廣泛發(fā)生在建筑墻體熱濕傳遞、食品加工和谷物儲(chǔ)藏、空氣過(guò)濾凈化等過(guò)程中。本文提出了局部熱源污染源聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的多孔介質(zhì)內(nèi)空氣雙擴(kuò)散自然對(duì)流問(wèn)題，并運(yùn)用尺度分析和數(shù)值模擬方法分析了局部源位置和尺寸對(duì)熱浮力驅(qū)動(dòng)流、質(zhì)浮力協(xié)同流、質(zhì)浮力對(duì)抗流等不同階段的多孔介質(zhì)內(nèi)熱質(zhì)輸運(yùn)結(jié)構(gòu)和性能的影響；研究結(jié)果為抑制建筑墻體熱濕傳遞、優(yōu)化設(shè)計(jì)空氣過(guò)濾設(shè)備等提供了理論依據(jù)