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纤维空气分布系统送风特性数值模拟及实验研究

陈孚江  
【摘要】:纤维空气分布系统是一种由特殊织物制成的、集空气输送与分配于一体的柔性送风末端。它能有效地避免传统通风系统使用时所遇到的表面结露、灰尘积聚等问题,创造出一个良好舒适、健康洁净的室内环境。纤维空气分和系统送风速度、压力分布特性与纤维物理结构特性、小孔的设计方式有很大的关系。 本文采用数值模拟和实验的方法开展了纤维空气分布系统物理模型描述方法的研究,分析了(渗透式和条缝式)纤维空气分布系统送风空气速度、管内压力分布特性,探讨了纤维结构参数和小孔设计方式对速度、压力特性的影响。分析了纤维空气分布系统送风时室内空气温度、速度分布特性,以及布局方式、建筑负荷和送风流速对室内送风特性的影响。本研究来源于“十一五”国家科技支撑计划项目(2008BAJ12B03):建筑物(群)全天候耦合能量传递优化控制及节能关键技术。本文的主要工作和研究成果如下: (1)根据多孔纤维结构属性,采用多孔介质模型来描述纤维空气分布系统物理模型;修正了适合于描述多孔纤维的Carman-Kozeny方程,并在此基础上建立了纤维空气分布系统送风时空气流动的数学模型。通过实验,从表面空气速度和管内压力两方面验证了纤维空气分布系统模型的多孔介质描述方法和空气流动控制方程的可行性。 (2)渗透式纤维空气分布系统送风时,空气在管内静压的作用下以极低的流速从微小的纤维孔隙中向外扩散,方向垂直于弧形多孔纤维壁面。室内空气流速较低,温差较小。热源强度对室内空气速度分布影响较大。为保证其送风均匀性,纤维孔隙率必须小于一定值;在保证表面空气送风均匀性的前提下,应尽可能地增大纤维孔隙率来降低系统内空气的压力。为满足舒适空调室内空气流速、温度的设计要求,渗透式纤维空气分布系统送风时,入口送风速度必须控制在一定的范围以内,设计负荷不应小于实际负荷的70%;相同条件下,顶送两侧上回式的布局方式能创造相对更好的室内环境。 (3)条缝式纤维空气分布系统送风时,空气在管内静压的作用下,一部分以极低的流速从纤维孔隙中向外扩散,一部分则以较高的流速从表面开设的小孔处向外射出,到达一定射程后,各股射流开始相互混合,形成类型条缝式气流出风方式。室内空气流速自上而下逐渐降低,人体头部空气流速可作为条缝式纤维空气分布系统设计指标之一。为获得合理舒适的室内空气流速和较小的系统压力,必须综合考虑纤维结构和小孔设计方式对送风速度及压力的影响。 (4)简化描述法避免了大尺寸比给网格生成所带来的困难,减少了网格数量,降低了计算步数,可直接应用于实际工程中预测纤维空气分布系统送风时室内空气温度、速度、污染物浓度的分布。 本文的研究成果可以为渗透式/条缝式纤维空气分布系统的优化设计、送风机理的研究及工程应用提供理论参考。


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