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某建筑中庭气流组织的数值模拟研究

作　者: 付玉
导　师: 张欢；朱元
学　校: 天津大学
专　业: 环境工程
关键词: 中庭 CFD模拟气流组织热舒适性实验验证
分类号: TU834
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

现代建筑中庭规模宏大，造型奇特，依靠传统的设计经验难以满足各方面的要求，需要借助计算机模拟来进行设计预测。本文以天津市青少年素质教育基地阳光乐园的三叉形复杂中庭为研究对象建立数值模型，利用CFD技术分别对冬夏季工况下的侧送球型喷口送风方式和侧送条形风口送风方式，以及冬季工况下的侧送条形风口送风方式+地板辐射的气流组织进行了模拟研究，并对模拟结果进行了评价分析，以期为今后的工程设计提供一定的参考。首先，利用Fluent软件对侧送球型喷口送风方案在冬夏季工况的气流组织进行了数值模拟研究，结果表明在人员活动区域内，侧送球型喷口对面走廊的风速过大，未能满足舒适性要求。通过改变球型喷口送风射流参数得出，对于夏季工况，球型喷口送风速度为2~2.5m/s，送风温度为17~18℃；对于冬季工况，送风速度为3.8m/s，送风温度为28℃，送风下倾角为30°时，人员活动区域的温度场和速度场分布较佳。但是，球型喷口侧向送风通常用在出口风速为4~8m/s的场合，因此阳光乐园中庭采用侧送球型喷口的送风方案并不经济、合理。其次，对侧送条形风口的送风方案进行了数值模拟研究，并对不同送风温度、速度和风口角度下的中庭热环境进行了分析和比较得出，对于夏季工况，送风温度为19℃，送风速度为2m/s，送风上仰角为20°~30°；对于冬季工况，送风温度为28℃，送风速度为3.5m/s，送风下倾角为45°时，人员活动区域的温度场和速度场分布均匀，人员舒适性较高。再次，对侧送条形风口送风方式+地板辐射的方案在冬季工况下的温度场和速度场进行了模拟研究。模拟结果表明当采用地板辐射采暖后仅送新风即可满足舒适性要求。人员主要活动区域的平均温度约为22℃，平均风速为0.14m/s，且温度场和速度场分布均匀，PMV值维持在-0.3~0.3之间，PPD在7%以下，人员舒适性较高。此外，采用eQUEST软件对仅采用侧送条形风口送风方式的冬季空调方案与侧送条形风口送风方式+地板辐射采暖的方案进行了能耗模拟和对比分析，结果表明采用地板辐射采暖的方案具有明显的节能效果，节能率达到47%。最终确定了夏季采用侧送条形风口送风方案，冬季采用侧送条形风口送新风+地板辐射采暖的方案。工程竣工后，对阳光乐园中庭夏季工况进行了现场测试，并在测试气候条件下进行了数值模拟，通过模拟结果与实测数据的对比，验证了模型的正确性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-18
  1.1 大空间建筑的简介  9-11
    1.1.1 大空间建筑的概述  9-10
    1.1.2 建筑中庭的概述  10-11
  1.2 国内外对建筑中庭气流组织的研究现状  11-15
    1.2.1 建筑中庭气流组织的研究方法  11-13
    1.2.2 国内外对建筑中庭气流组织的研究现状  13-15
  1.3 问题的提出  15-16
  1.4 本课题研究内容和研究方法  16
  1.5 论文结构  16-18
第二章阳光乐园中庭数学模型的建立及求解  18-30
  2.1 阳光乐园的概况  18-19
  2.2 物理模型的建立  19-23
  2.3 数学模型的建立  23-26
    2.3.1 控制方程  23-25
    2.3.2 单值性条件的确定  25-26
  2.4 数学模型的求解  26-29
    2.4.1 三维湍流模型及其在 CFD 中的应用  26-27
    2.4.2 求解器的选择与松弛因子的确定  27-28
    2.4.3 网格的生成  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章侧送球型喷口送风方式的 CFD 模拟研究  30-46
  3.1 球型喷口送风方式的特点及适用范围  30
  3.2 夏季工况的 CFD 模拟及分析  30-41
    3.2.1 边界条件的设定  30-32
    3.2.2 CFD 模拟结果及分析  32-41
  3.3 冬季工况的 CFD 模拟及分析  41-44
    3.3.1 边界条件的设定  41
    3.3.2 CFD 模拟结果及分析  41-44
  3.4 本章小结  44-46
第四章侧送条形风口送风方式的 CFD 模拟研究  46-59
  4.1 条形风口送风方式的特点及适用范围  46
  4.2 夏季工况的 CFD 模拟及分析  46-51
    4.2.1 边界条件的设定  46-47
    4.2.2 CFD 模拟结果及分析  47-51
  4.3 冬季工况的 CFD 模拟及分析  51-58
    4.3.1 边界条件的设定  51
    4.3.2 CFD 模拟结果及分析  51-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章侧送条形风口送风方式+地板辐射的 CFD 模拟研究  59-72
  5.1 地板辐射采暖的介绍  59-60
  5.2 侧送条形风口送风方式+地板辐射采暖的 CFD 模拟及分析  60-64
    5.2.1 边界条件的设定  61
    5.2.2 CFD 模拟结果及分析  61-64
  5.3 两种方案的能耗对比  64-70
    5.3.1 eQUEST 软件简介  64
    5.3.2 建筑能耗模型的建立  64-67
    5.3.3 两种方案的能耗对比结果及分析  67-70
  5.4 本章小结  70-72
第六章 CFD 模型的实验验证  72-87
  6.1 测试现场的状况  72
  6.2 测试内容  72
  6.3 测试仪器  72-74
  6.4 测试方案  74-76
    6.4.1 送排风口的风量和送风温度的测定  74-75
    6.4.2 中庭指定位置温度和风速的测定  75-76
    6.4.3 壁面温度的测定  76
  6.5 测试结果及分析  76-79
    6.5.1 侧送条形风口的测试结果  76-77
    6.5.2 风机盘管送风量测试结果  77
    6.5.3 围护结构温度的测试结果  77-78
    6.5.4 散流器送风口的测试结果  78-79
    6.5.5 指定测点的测试结果  79
  6.6 CFD 模拟结果与实测结果的比较  79-81
  6.7 测试条件下的 CFD 模拟结果及分析  81-85
    6.7.1 速度场分析  81-83
    6.7.2 温度场分析  83-84
    6.7.3 舒适性指标分析  84-85
  6.8 本章小结  85-87
第七章结论与展望  87-89
  7.1 结论  87-88
  7.2 展望  88-89
参考文献  89-93
发表论文和科研情况说明  93-94
致谢  94

某建筑中庭气流组织的数值模拟研究

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