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高大空间建筑空调系统CFD模拟研究

董玉平  
【摘要】:近几年来,随着计算机大容量化和高速度化以及计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)的发展,应用CFD技术模拟预测高大空间建筑空调系统的气流组织、热舒适性以及优化设计方案成为可能。高大空间建筑空调系统由于受到初投资昂贵、设计复杂等条件的限制,我国尚缺乏各种空调设计方案在高大空间建筑中采用的应用实例。因此,本文出于这一目的,结合天津市国际展览中心新馆B展厅原设计院设计有回风管道空调系统和无回风管道空调系统现状以及改进方案分层空调系统三种方案,利用Fluent公司推出的专业软件Airpak2.1对其空调系统的热舒适性与气流组织开展了模拟研究,以期研究结果能对实际空调工程设计具有指导价值。 本文首先对CFD计算原理和方法从数学理论的角度进行了全面阐述,并在此基础上,确定了该技术应用于高大空间建筑空调系统模拟研究的可行性;基于此方法,在随后的几个章节中本文作者就天津市国际展览中心新馆B展厅原设计的、已采用的和改进的三种空调方案展开了模拟研究和评价分析,并对部分模拟结果进行了现场实验测试验证。具体内容如下: 通过对新馆B展厅空调系统主要设计参数和设计院原设计方案介绍,利用CFD模拟方法对该展厅进行了冬夏季节模拟研究。并在此基础上,分析了在该空调方案下,冬夏季节展厅内气流组织分布和热舒适性状况,以期能够为以后在高大空间空调系统设计和改造时提供实用的参考依据。 在对新馆B展厅原设计方案分析的基础上,提出了无回风管道空调系统并加以实际采用,为说明此改造方案的切实可行性,同样利用CFD模拟方法对展厅现状空调系统冬夏季节最不利情况进行了模拟研究。通过研究,旨在获得冬夏季节最不利情况下展厅内温度、速度分布以及PPD-PMV评价指标。 结合以上两种空调方案模拟研究,作者从节约能源和降低空调系统初投资和运行费用等方面考虑,对该展厅空调方式提出了分层空调改进方案,并对其进行了CFD模拟研究;同时按照射流理论公式和热浮升力公式计算送风温度与送风倾斜角度之间的关系,所得结果与AIRPAK2.1模拟得出的送风温度与倾斜角度关系作了对比。 为了进一步验证利用CFD方法模拟研究的可靠性,作者对所研究新馆B展厅进行了现场实验测试,并在测试气候条件下进行了数值模拟,以模拟所得结果与实验测试结果作对比,以期能够表明CFD研究方法的正确性和切实可行性。


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