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封闭室内自然对流数值研究

杨琳琳  
【摘要】:研究室内空气自然对流行为、认识其基本特性是控制与调节建筑室内环境的主要途径与理论基础。本文采用数值计算方法研究了室内空气自然对流现象,分析了室内热传输过程,得出室内温度场、流场分布。 首先,研究对流换热理论和数值计算方法,特别是非均匀网格下的差分方法。将计算得到的Nu与G. De Vahl Davis基准进行比较,最大误差在3%以内,验证了方法的正确性。 其次,研究室内复杂对流换热问题,即研究房屋高宽比、屋顶形状、室内热源等因素对室内自然对流换热的影响。得出:B=3时的Nu最大,由高温壁面向低温壁面传递的总热量最多;在低Ra时,屋顶形状为拱形的Nu比双坡面形状的Nu大,建议北方大棚采用拱形,以增大棚内自然对流换热量;热源的位置对换热量的影响很大,Ra=10~3时,宜将室内集中热源靠墙布置,Ra=10~6时,宜将热源放置在室中央。 再次,研究高瑞利数下室内湍流自然对流情况,得出Ra=10~7~10~8属于室内出现层流与湍流的过渡区;Ra=10~9以后,采用湍流非稳态计算方法可达到很好的收敛效果,得到的Nu更为精确。 文中采用无量纲控制方程,结果具有通用性,为三维模型、湍流等复杂室内对流问题提供理论基础;对优化设计室内空气组织形式具有一定的学术价值和实际的工程意义。


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