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基于光学衰减原理的热羽流盐水模型实验研究

力晓晴  
【摘要】:自然通风利用热压或者风压,将室外新鲜空气引入室内,提高室内空气品质,同时实现建筑的被动节能,近年来这项技术越来越受到人们的关注。利用盐水实验研究自然通风,为了确定建筑空间内密度分布,本文基于相似原理以及光学衰减原理,利用流场内密度与光照强度的对比关系,提出通过图像灰度确定流场内密度分布特征的测试方法。采用这种实验方法,分别模拟有无热源下的置换流动和混合流动。此外,考虑羽流虚拟源点位置的影响,介绍了在密闭空间中淡水和浮力流体之间形成的分层界面的动力学行为,通过盐水实验确定纯羽流条件下卷吸系数,并利用有内热源条件下置换流动实验进行了验证。同样对纯射流的卷吸系数进行了实验测试。通过实验研究得到以下结论:(1)对于无热源条件下的置换流动,在给定的几何尺寸和初始浮力通量,清空时间由进出口有效面积A~*确定,而A~*主要由较小的开口面积决定。在单一热羽流作用下的置换流动随着有效风口面积的增加,热分层高度增加,且热分层区内的密度降低。(2)在有固定热羽流条件下进行了混合流动实验,确定流量修正系数ε等于2.21,该系数与开口大小和盐水密度无关,表示固定浮力通量与变浮力通量条件下通过开口流量的比值。通过置换流动与混合流动实验结果证明通过图像灰度确定流场内密度分布特征是对流场测试行之有效的方法。(3)根据源参数Γ与虚拟源位置z均受卷吸系数的影响,通过假定卷吸系数进而结合实验数据拟合确定卷吸系数,得到源参数Γ与α的关系趋势。使用插值法确定纯羽流卷吸系数为0.09262。利用点热源产生置换流动实验验证所得卷吸系数,得到分层界面的实验点与卷吸系数取值0.09262对应的理论曲线之间的标准差为0.0174。(4)通过封闭空间分层界面与时间的变化关系同样确定了湍流纯射流的卷吸系数,实验结果支撑着前人提出的纯射流卷吸系数为0.057。此外,通过羽流流体的宽度与离源距离的关系对纯射流卷吸系数也进行了确定。最后将现有文献中针对参数Γ绘制的夹带系数α的实验数据与根据本文建议的具有两个渐近值的半经验方程估算的数据进行比较。


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