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障碍物对平行流吹吸式通风流场特性影响的研究

作　者: 郑凯
导　师: 王怡
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 吹吸式通风系统障碍物流场实验测试发烟实验数值模拟
分类号: TU834
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着中国在世界政治和经济地位的不断提升，中国工业也正处于高速发展的状态，伴随而来的是数量越来越多和规模越来越庞大的工业建筑拔地而起，然而工业建筑内的污染却变的日益严重，已成为一个非常突出的问题。机械通风是解决室内空气环境最好和最有效的一种方式，这其中吹吸式通风系统因其捕集效率高、节省风量、吹吸气流抗干扰能力强等众多优点而越来越受到人们的重视，近些年来的应用也是十分广泛。实际工程中吹吸式通风系统的流场中经常存在各类障碍物，但在以往的研究中却很少有人考虑存在障碍物的因素，故本文重点分析在吹吸式通风系统流场中存在障碍物时，其对整个吹吸流场的影响。先以发烟实验的手段对含障碍物的吹吸式通风系统的流场进行研究，得到定性结论；再通过实验测试和数值模拟的方法得到定量化结论发烟实验是本文研究障碍物对吹吸式通风系统流场影响的一种方法，首先对系统进行调试，利用烟雾发生器模拟污染物分析含障碍物的吹吸流场对污染物的捕集效果；再对实验照片进行对比分析，得出定性结论。实验测试是本文非常重要的研究方法之一，依据林太郎提出的流量比法先对实验台进行设计计算，并根据计算得到的吹风量Q1、吹风速度V1、回风量Q3和回风速度V3对整个实验台进行调试；再按照障碍物在流场若干不同位置工况对流场进行测试；最后分析实验数据得出障碍物对流场造成影响的区域大小。本文通过数值模拟的方法对含有障碍物的吹吸式通风系统的流场进行研究，得到障碍物在不同位置工况下对吹吸式通风系统流场的影响区域大小。本文对模型进行了优化，改变出风口和回风口的尺寸参数，研究吹风口和回风口对含障碍物的吹吸式通风系统流场的影响变化。通过以上方法深入的研究了障碍物对吹吸式通风系统流场特性的影响，得到如下结论：（1）本文通过实验测试数据和数值模拟的对比可知，虽然数值模拟与实验测试存在一定误差，但两者对含障碍物的吹吸式通风系统的流场规律反应一致，所以数值模拟是一种行之有效的手段。（2）本文采用的障碍物为工程实践最为常见的工作人员，根据所处位置不同分为十个工况。通过研究分析发现障碍物在Y≥+1.2m或Y≤-1.2m区域外，吹吸式通风系统的气流宽大，可以将障碍物覆盖，不论在高度较低的断面还是高度稍大的断面，速度变化均匀，没有出现明显的涡流区，所以实际应用中其影响很小可忽略。（3）当障碍物在流场-1.2m≤Y≤+1.2m的区域时，障碍物对流场影响较大，气流不能将障碍物覆盖并在其前后形成较大的涡流区，使部分气流逃逸，但逃逸量很小；障碍物在-0.6m≤Y≤+0.6m区域时，流形遭到破坏，逃逸量变大，使控制效果降低。实际应用中，应避免障碍物出现在此区域。（4）通过对模型的优化，分别改变出风口和回风口的参数进行模拟，其后对不同工况的数据对比分析发现，合理设置出风口、回风口和回风法兰边的尺寸参数可以很好的减轻障碍物对吹吸式通风系统流场的影响。（5）通过本文的研究可知，在实际工程应用中，如果障碍物出现在流场主流区边界处的可认为没有影响；在条件允许的情况下应使出风口宽大，场地允许的情况下回风口和回风处的法兰边越大越好。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
1 绪论  11-19
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 吹吸式通风系统的介绍  12-14
    1.2.1 通风的发展  12
    1.2.2 吹吸式通风系统的原理  12-13
    1.2.3 吹吸式通风系统的分类  13-14
  1.3 吹吸式通风系统的国内外研究现状  14-16
    1.3.1 国外对吹吸式通风的研究  14-15
    1.3.2 国内对吹吸式通风的研究  15-16
  1.4 含障碍物的吹吸式通风系统流场特性影响的研究  16-17
  1.5 本课题研究内容及意义  17-19
    1.5.1 研究内容  17
    1.5.2 研究意义  17-18
    1.5.3 工作开展路线图  18-19
2 吹吸式通风装置的设计方法及实验台的介绍  19-28
  2.1 吹吸式通风系统的设计计算  19-22
    2.1.1 流量比计算法  19-20
    2.1.2 孙一坚计算法  20-21
    2.1.3 射流末端速度计算法  21
    2.1.4 临界断面计算法  21-22
    2.1.5 海米昂计算法  22
    2.1.6 不同计算方法的对比分析  22
  2.2 实验台的介绍  22-27
    2.2.1 极限流量比法的设计方法和验证  22-24
    2.2.2 吹吸式通风装置实验台的设计计算  24-25
    2.2.3 吹吸风口气流均匀性验证  25-27
  2.3 本章小结  27-28
3 含障碍物的吹吸式通风流场实验测试实验及发烟实验  28-45
  3.1 实验设备和测试仪器  28-31
  3.2 障碍物不同位置工况的实验测试  31-40
    3.2.1 障碍物的介绍和实验方案  31-34
    3.2.2 实验数据对比分析  34-40
  3.3 发烟实验  40-43
    3.3.1 单个障碍物情况下发烟对比  40-42
    3.3.2 两个障碍物情况下发烟对比  42-43
  3.4 本章小结  43-45
4 障碍物不同位置工况下的吹吸式通风流场的数值模拟与实验对比分析  45-62
  4.1 数值模拟的研究分析  45-49
    4.1.1 数值模拟的基本理论  45-46
    4.1.2 数学模型  46-47
    4.1.3 数学模型的解法  47
    4.1.4 模型介绍  47-48
    4.1.5 边界条件的设定  48-49
  4.2 障碍物不同情况下模拟结果对比分析  49-52
  4.3 实验测试与数值模拟对比分析  52-61
    4.3.1 障碍物不同位置工况下自身所处断面分析  53-57
    4.3.2 障碍物不同位置工况下，迎风面和背风面处流速对比分析  57-61
  4.4 本章小结  61-62
5 出回风口尺寸变化对含障碍物的吹吸式通风系统流场特性影响的研究  62-72
  5.1 数值模型的优化  62
  5.2 出风口尺寸对含障碍物的吹吸式通风流场影响的数值模拟分析  62-67
    5.2.1 障碍物不同位置工况下，流场轴心断面速度对比分析  63-64
    5.2.2 出风口尺寸改变后与原始模型在障碍物不同位置工况下的对比分析  64-67
  5.3 回风口尺寸对含障碍物的吹吸式通风流场影响的数值模拟分析  67-70
    5.3.1 障碍物不同位置工况下，流场轴心断面速度对比分析  67-68
    5.3.2 回风口尺寸改变后与原始模型在障碍物不同位置工况下的对比分析  68-70
  5.4 本章小结  70-72
6 结论  72-74
致谢  74-76
参考文献  76-79
图表目录  79-81

障碍物对平行流吹吸式通风流场特性影响的研究

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