大連交通大學(xué)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文機(jī)械工程及其自動(dòng)化05-3班劉羿大連交通大學(xué)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文機(jī)械工程及其自動(dòng)化1

基于FLUNET的4人辦公室通風(fēng)問(wèn)題的數(shù)值仿真

指導(dǎo)教師:斯琴答辯人:劉羿機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程及其自動(dòng)化

2009年6月22日

基于FLUNET的4人辦公室通風(fēng)問(wèn)題的數(shù)值仿真2論文的背景和意義當(dāng)代空調(diào)技術(shù)實(shí)際上是以促進(jìn)人類居住的舒適性、健康性,保護(hù)地球環(huán)境,對(duì)能源有效利用等基于可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)為原則而取得進(jìn)展的

本課題的意義在于通過(guò)CFD模擬仿真為通風(fēng)空調(diào)的方案提供優(yōu)化和預(yù)測(cè)。這樣就省去了大量的實(shí)際實(shí)驗(yàn)。CFD的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，由于它可以相對(duì)準(zhǔn)確地給出流體流動(dòng)的細(xì)節(jié)，如速度場(chǎng)，溫度場(chǎng)等。所以數(shù)據(jù)比較真實(shí)可信。

論文的背景和意義當(dāng)代空調(diào)技術(shù)實(shí)際上是以促進(jìn)人類居住的舒適性、3主要內(nèi)容1．緒論2．計(jì)算流體力學(xué)的概念

3．FLUENT軟件的介紹

4．利用GAMBIT建立空調(diào)房間模型5．利用FLUENT求解器求解

6．原始方案數(shù)值仿真結(jié)果分析7。空調(diào)房間優(yōu)化設(shè)計(jì)方案比較主要內(nèi)容1．緒論4１緒論1.1課題的背景和意義1.2室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)定1.3室內(nèi)舒適溫度與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)1.4空調(diào)的原理1.5本課題研究的目的1.6本課題的原始數(shù)據(jù)

１緒論1.1課題的背景和意義5室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)定

室內(nèi)空氣品質(zhì)涉及到多學(xué)科的知識(shí),室內(nèi)空氣評(píng)價(jià)這一人們認(rèn)識(shí)室內(nèi)環(huán)境的科學(xué)方法也是需要建筑技術(shù)、建筑設(shè)備工程、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、衛(wèi)生學(xué)、社會(huì)心理學(xué)等多學(xué)科的配合來(lái)共同發(fā)展。目前室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)重要是量化監(jiān)測(cè)和主觀調(diào)查結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行的?？陀^評(píng)價(jià)的依據(jù)是人們受到影響跟各種污染物濃度、種類、作用時(shí)間的關(guān)系,

利用了空氣齡(airage)、換氣效率(airexchangeefficiency)、通風(fēng)效能系數(shù)(ventilationeffectiveness)等概念和方法。室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)定室內(nèi)空氣品質(zhì)涉及到多學(xué)科的知識(shí),室內(nèi)空氣評(píng)6室內(nèi)舒適溫度與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)

新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T18883－2002）規(guī)定，夏季有空調(diào)的場(chǎng)所為26~30℃。當(dāng)室內(nèi)空氣溫度為18℃時(shí)，50％坐著的人感到冷；溫度低于12℃時(shí)，80％坐著的人感到冷，而且有人冷得難受，不能堅(jiān)持久坐，活動(dòng)著的人也有20％以上感到冷，室內(nèi)可居住性很差，有損健康。衛(wèi)生學(xué)將12℃作為建筑熱環(huán)境的下限。

室內(nèi)舒適溫度與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB7空調(diào)的原理

氣態(tài)制冷劑被壓縮機(jī)壓縮為液態(tài)，在此過(guò)程中，制冷劑被壓縮成液體后，制冷劑溫度會(huì)升高，使其溫度升高的目的就是提高制冷劑與環(huán)境之間的溫差，然后制冷劑溫度高于環(huán)境溫度而向外界環(huán)境放熱，溫度下降到常溫，在換熱過(guò)程中氣體的壓強(qiáng)認(rèn)為是不變，然后讓常溫的液態(tài)制冷劑進(jìn)入室內(nèi)的蒸發(fā)器，讓液態(tài)制冷劑膨脹降溫，使其溫度低于室內(nèi)溫度從而使室內(nèi)氣體向制冷劑放熱，制冷劑吸熱后恢復(fù)為常溫氣態(tài)再進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，循環(huán)往復(fù)進(jìn)行持續(xù)制冷?？照{(diào)的原理氣態(tài)制冷劑被壓縮機(jī)壓縮為液態(tài)，在此過(guò)程中，制冷劑8本課題研究的目的本課題研究的目的是為了給辦公室通風(fēng)系統(tǒng)提供最佳的設(shè)計(jì)方案，使得辦公室中的人們感覺(jué)到舒適，提出了不同的幾組方案研究進(jìn)行對(duì)比分析，試圖找出一種最佳方案，通過(guò)對(duì)室內(nèi)通風(fēng)情況的模擬達(dá)到與實(shí)際情況比較接近，為以后的真實(shí)空調(diào)系統(tǒng)的安裝提供參考數(shù)據(jù)。本課題研究的目的本課題研究的目的是為了給辦公室通風(fēng)系統(tǒng)提供最9本課題的原始數(shù)據(jù)

本課題的原始數(shù)據(jù)102計(jì)算流體力學(xué)的概念

CFD的簡(jiǎn)介CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用

CFD的求解過(guò)程

CFD在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展

2計(jì)算流體力學(xué)的概念CFD的簡(jiǎn)介11CFD的簡(jiǎn)介

CFD是英文ComputationalFluidDynamics(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))的簡(jiǎn)稱,通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示,對(duì)包含有流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所做的分析。CFD可以看作是在流動(dòng)基本方程(質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程)控制下對(duì)流動(dòng)的數(shù)值模擬,是進(jìn)行“三傳”(傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞)及燃燒、多相流和化學(xué)反應(yīng)研究的核心和重要技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于熱能動(dòng)力、航空航天、機(jī)械、土木水利、環(huán)境化工等諸多工程領(lǐng)域。暖通空調(diào)制冷行業(yè)是CFD技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。CFD的簡(jiǎn)介CFD是英文ComputationalFl12CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用

通風(fēng)空調(diào)房間氣流組織設(shè)計(jì)借助CFD可以預(yù)測(cè)仿真通風(fēng)空調(diào)空間的氣流分布詳細(xì)情況。氣流數(shù)值分析能夠考慮室內(nèi)各種可能的內(nèi)擾、邊界條件和初始條件,因而它能全面地反映室內(nèi)的氣流分布情況,從而便于發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的氣流分布方案,進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)使其達(dá)到良好的通風(fēng)空調(diào)效果。通過(guò)CFD模擬計(jì)算室內(nèi)內(nèi)部的流體流動(dòng)情況,可以研究設(shè)備性能,從而改進(jìn)其工作,降低建筑能耗,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用通風(fēng)空調(diào)房間氣流組織設(shè)計(jì)借13

CFD的求解過(guò)程

建立數(shù)學(xué)模型是對(duì)所研究的流動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述,為數(shù)值求解做準(zhǔn)備工作。確定邊界條件與初始條件和邊界條件是控制方程有確定解的前提。初始條件是所研究對(duì)象在過(guò)程開(kāi)始時(shí)刻各個(gè)求解變量的空間分布情況。CFD的求解過(guò)程建立數(shù)學(xué)模型是對(duì)所研究的流動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)14

CFD在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展

CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域中的應(yīng)用在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)是歐洲和日本走在前面,目前CFD技術(shù)在日本暖通行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化階段。國(guó)外的CFD模型方面的基礎(chǔ)性成果不但豐富,而且CFD軟件也非常強(qiáng)大。我國(guó)大約在20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究CFD在暖通領(lǐng)域的應(yīng)用,

我國(guó)現(xiàn)有成果大部分屬于運(yùn)用專用軟件進(jìn)行某個(gè)算例的分析。從總體上說(shuō),真正把CFD技術(shù)(與實(shí)際工程的暖通設(shè)計(jì)結(jié)合的案例還很少,真正掌握CFD技術(shù)的暖通設(shè)計(jì)人員數(shù)量有限,在我國(guó)暖通行業(yè)中開(kāi)展CFD方面研究尚有大量工作要做CFD在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域中的應(yīng)用在153FLUENT軟件的介紹

什么是FLUENT軟件

FLUENT軟件的特點(diǎn)和相關(guān)應(yīng)用

FLUENT在我國(guó)的應(yīng)用和前景

3FLUENT軟件的介紹什么是FLUENT軟件16什么是FLUENT軟件

FLUENT的這一工程設(shè)計(jì)與分析軟件，它在多物理場(chǎng)方面的模擬能力使其應(yīng)用范圍非常廣泛，是目前功能最全的CFD軟件。FLUENT因其用戶界面友好，算法健壯，新用戶容易上手等優(yōu)點(diǎn)一直在用戶中有著良好的口碑。長(zhǎng)期以來(lái)，功能強(qiáng)大的模塊，易用性和專業(yè)的技術(shù)支持所有這些因素使得FLUENT受到企業(yè)的青睞。

什么是FLUENT軟件FLUENT的這一工程設(shè)計(jì)與分析軟件17FLUENT軟件的特點(diǎn)和相關(guān)應(yīng)用FLUENT軟件采用基于完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法，而且具有基于網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格單元的梯度算法；FLUENT軟件包含三種算法：非耦合隱式算法、耦合顯式算法、耦合隱式算法；FLUENT軟件進(jìn)行流體的流動(dòng)和傳熱計(jì)算的模擬計(jì)算的流程一般是，首先利用GAMBIT進(jìn)行流動(dòng)區(qū)域幾何形狀的構(gòu)建、定義邊界類型和生成網(wǎng)格，然后將GAMBIT中的網(wǎng)格文件輸出用于FLUENT求解器計(jì)算的格式，在FLUENT中讀取所輸出的文件并設(shè)置條件對(duì)流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行求解計(jì)算，最后對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行后處理。FLUENT可以求解計(jì)算二維和三維問(wèn)題FLUENT軟件的特點(diǎn)和相關(guān)應(yīng)用FLUENT軟件采用基于完全18FLUENT在我國(guó)的應(yīng)用和前景西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室借助Fluent軟件平臺(tái)和清華大學(xué)熱能工程系由長(zhǎng)福等人比較了軟件FLUENT提供的不同湍流模型等實(shí)例FLUENT軟件在我國(guó)已經(jīng)獲得較好的應(yīng)用。由于其減少了研究者在計(jì)算方法、編程、前后處理等方面投入的重復(fù)、低效的勞動(dòng),將更多的精力和時(shí)間投入到考慮問(wèn)題的物理本質(zhì),優(yōu)化算法選用,參數(shù)的設(shè)定,因而提高了工作效率,其必然會(huì)獲得越來(lái)越多的應(yīng)用,應(yīng)用效果也必將越來(lái)越好。FLUENT在我國(guó)的應(yīng)用和前景西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家194利用GAMBIT建立空調(diào)房間模型

開(kāi)啟GANBIT軟件

室內(nèi)空調(diào)房間建立

網(wǎng)格劃分

邊界條件類型指定

MESH文件輸出

4利用GAMBIT建立空調(diào)房間模型開(kāi)啟GANBIT軟件201啟動(dòng)Gambit

2體的創(chuàng)建

3人體模型

4空調(diào)房間模型

1啟動(dòng)Gambit2體的創(chuàng)建3人體模型4空調(diào)房21入風(fēng)口面網(wǎng)格劃分

實(shí)體網(wǎng)格劃分對(duì)話框

房間實(shí)體網(wǎng)格劃分

入風(fēng)口面網(wǎng)格劃分實(shí)體網(wǎng)格劃分對(duì)話框房間實(shí)體網(wǎng)格劃分22邊界條件類型指定

MESH文件輸出

邊界條件類型指定MESH文件輸出23

5利用FLUENT求解器求解

FLUENT求解器的選擇

選擇計(jì)算模型

定義流體的物理性質(zhì)

設(shè)定邊界條件5利用FLUENT求解器求解FLUENT求解器的選擇241Fluent求解器的選擇2基本求解器Solver3物質(zhì)的物理性質(zhì)設(shè)置

4設(shè)定邊界條件

1Fluent求解器的選擇2基本求解器Solver3物255設(shè)置入口inlet的邊界條件

6Iterate對(duì)話框設(shè)置開(kāi)始進(jìn)行疊代5設(shè)置入口inlet的邊界條件6Iterate對(duì)話框26

6原始方案數(shù)值仿真結(jié)果分析

原始方案收斂曲線分析

原始方案溫度場(chǎng)分析

原始方案速度場(chǎng)分析

原始方案數(shù)值仿真分析總結(jié)

6原始方案數(shù)值仿真結(jié)果分析原始方案收斂曲線分析27收斂曲線圖

房間溫度場(chǎng)圖

收斂曲線圖房間溫度場(chǎng)圖28頭部周圍溫度圖

人腳部周圍氣流速度場(chǎng)

頭部周圍溫度圖人腳部周圍氣流速度場(chǎng)29原始方案數(shù)值仿真分析總結(jié)

原始方案房間的平均溫度大約在19°C左右，與新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T18883－2002）夏季空調(diào)房溫度不得低于26度不符，不節(jié)能和環(huán)保。右側(cè)傳真機(jī)背部溫度過(guò)高。溫度落差過(guò)大，在電腦周圍的風(fēng)速都接近零，小于0.3m/s人將感覺(jué)很舒適。這些問(wèn)題將在后面第七章優(yōu)化方案設(shè)計(jì)中進(jìn)行解決。原始方案數(shù)值仿真分析總結(jié)原始方案房間的平均溫度大約在19°307空調(diào)房間優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化方案綜述：由于原始方案并沒(méi)有達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果因此在原始方案基礎(chǔ)上提出一下三個(gè)優(yōu)化改進(jìn)方案，如表6-1去所示。7空調(diào)房間優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化方案綜述：31方案一收斂曲線

方案一房間溫度

方案一

方案一收斂曲線方案一房間溫度方案一32方案一人頭部周圍溫度方案一人腳部周圍速度流

方案一人頭部周圍溫度方案一人腳部周圍速度流33方案一總結(jié)由于在方案一考慮了空氣的浮力與重力因素，使得空氣的流動(dòng)更加均勻，室內(nèi)的溫度變化范圍減小，但是人體周圍以及房間平均溫度仍然有18°C左右，這樣的溫度對(duì)于夏季室內(nèi)房間仍然很低，需要對(duì)入風(fēng)口溫度進(jìn)行調(diào)整。方案一總結(jié)由于在方案一考慮了空氣的浮力與重力因素，使得空氣的34方案二收斂曲線

方案二人腳部溫度

方案二

方案二收斂曲線方案二人腳部溫度方案二35方案二人頭部溫度

方案二人腳部周圍速度流

方案二人頭部溫度方案二人腳部周圍速度流36方案二總結(jié)

在方案二中看出出風(fēng)口的溫度變化對(duì)房間整體的溫度場(chǎng)的影響還是比較大的，此次調(diào)整溫度主要是考慮符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的夏天空調(diào)房間溫度不得低于26度的環(huán)保要求，對(duì)速度影響不大,出風(fēng)口速度仍為0.6m/s。

方案二總結(jié)在方案二中看出出風(fēng)口的溫度變化對(duì)房間整體的溫度場(chǎng)37方案三收斂曲線

方案三人剖面溫度

方案三方案三收斂曲線方案三人剖面溫度方案三38方案三人頭部溫度

方案三人腳部溫度方案三人頭部溫度方案三人腳部溫度39方案三人腳部周圍速度流

方案三人立體剖面周圍速度流

方案三人腳部周圍速度流方案三人立體剖面周圍速度流40方案三總結(jié)通過(guò)對(duì)房間溫度的分析，房間溫度在25°C-26°C，氣流速度在0.3m/s以下，這樣的溫度非常適合人的辦公，人不會(huì)感到冷，也不會(huì)感到干燥，非常合適人的學(xué)習(xí)辦公。本章提出了三個(gè)優(yōu)化方案，通過(guò)對(duì)于方案的不斷改進(jìn)，最后方案三達(dá)到了夏季空調(diào)房間的的溫度與速度的要求，房間溫度在控制在25°C-26°C，氣流速度在0.4m/s以下，給生活在房間的人一個(gè)舒適的空間。也滿足了環(huán)保節(jié)能的新時(shí)代要求。最后，方案三為最終夏季空調(diào)房間設(shè)計(jì)方案。方案三總結(jié)通過(guò)對(duì)房間溫度的分析，房間溫度在25°C-26°C41結(jié)論

在Gambit下建模，把原始的數(shù)據(jù)代入通過(guò)FLUENT得出最初的方案，并對(duì)方案進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)氣流容易形成漩渦，于是改變了入風(fēng)口的方向使其與X,Y軸形成45度角得出優(yōu)化方案一從分析結(jié)果看出室內(nèi)舒適度取決于空氣的流通，在空氣不流通的地方室內(nèi)空氣溫度會(huì)比較高，人會(huì)感覺(jué)到不舒適。通過(guò)結(jié)果數(shù)值模擬,認(rèn)為0.4m/s的送風(fēng)速度(風(fēng)量10782m3/h)可以滿足本次課題中對(duì)辦公室風(fēng)速的要求，衍生出方案二。通過(guò)對(duì)方案二的分析，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)溫度過(guò)低，平均溫度達(dá)到18°C以下，不符合新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T18883－2002）在這種環(huán)境下工作影響人的身體健康，需要調(diào)整入風(fēng)口的溫度并對(duì)入風(fēng)口速度進(jìn)行了再次調(diào)整,將入風(fēng)口的溫度設(shè)為26°C，房間溫度將被控制在25°C-27°C，氣流速度在0.4m/s以下，在這種環(huán)境下生活，給生活在房間的人一個(gè)舒適的空間，于是進(jìn)行了優(yōu)化得出方案三。

結(jié)論在Gambit下建模，把原始的數(shù)據(jù)代入通過(guò)FLUE42課題展望本課題展望雖然設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然有許多需要改進(jìn)的地方，但室內(nèi)房間通風(fēng)環(huán)境的模擬還是比較準(zhǔn)確的,希望通過(guò)本次課題研究可以對(duì)未來(lái)實(shí)際空調(diào)的安裝和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很好的指導(dǎo)作用。課題展望本課題展望雖然設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然有許多需要改進(jìn)的地方，但43感謝詞謝謝斯琴老師的熱心關(guān)懷和細(xì)心指導(dǎo)下完成。斯琴老師的不厭其煩才有我最終完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。謝謝其他老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給與我的幫助最后祝老師們工作順利，身體健康！

感謝詞謝謝斯琴老師的熱心關(guān)懷和細(xì)心指導(dǎo)下完成。44大連交通大學(xué)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文機(jī)械工程及其自動(dòng)化05-3班劉羿大連交通大學(xué)

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指導(dǎo)教師:斯琴答辯人:劉羿機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程及其自動(dòng)化

2009年6月22日

基于FLUNET的4人辦公室通風(fēng)問(wèn)題的數(shù)值仿真46論文的背景和意義當(dāng)代空調(diào)技術(shù)實(shí)際上是以促進(jìn)人類居住的舒適性、健康性,保護(hù)地球環(huán)境,對(duì)能源有效利用等基于可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)為原則而取得進(jìn)展的

本課題的意義在于通過(guò)CFD模擬仿真為通風(fēng)空調(diào)的方案提供優(yōu)化和預(yù)測(cè)。這樣就省去了大量的實(shí)際實(shí)驗(yàn)。CFD的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，由于它可以相對(duì)準(zhǔn)確地給出流體流動(dòng)的細(xì)節(jié)，如速度場(chǎng)，溫度場(chǎng)等。所以數(shù)據(jù)比較真實(shí)可信。

論文的背景和意義當(dāng)代空調(diào)技術(shù)實(shí)際上是以促進(jìn)人類居住的舒適性、47主要內(nèi)容1．緒論2．計(jì)算流體力學(xué)的概念

3．FLUENT軟件的介紹

4．利用GAMBIT建立空調(diào)房間模型5．利用FLUENT求解器求解

6．原始方案數(shù)值仿真結(jié)果分析7?？照{(diào)房間優(yōu)化設(shè)計(jì)方案比較主要內(nèi)容1．緒論48１緒論1.1課題的背景和意義1.2室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)定1.3室內(nèi)舒適溫度與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)1.4空調(diào)的原理1.5本課題研究的目的1.6本課題的原始數(shù)據(jù)

１緒論1.1課題的背景和意義49室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)定

室內(nèi)空氣品質(zhì)涉及到多學(xué)科的知識(shí),室內(nèi)空氣評(píng)價(jià)這一人們認(rèn)識(shí)室內(nèi)環(huán)境的科學(xué)方法也是需要建筑技術(shù)、建筑設(shè)備工程、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、衛(wèi)生學(xué)、社會(huì)心理學(xué)等多學(xué)科的配合來(lái)共同發(fā)展。目前室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)重要是量化監(jiān)測(cè)和主觀調(diào)查結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行的?？陀^評(píng)價(jià)的依據(jù)是人們受到影響跟各種污染物濃度、種類、作用時(shí)間的關(guān)系,

利用了空氣齡(airage)、換氣效率(airexchangeefficiency)、通風(fēng)效能系數(shù)(ventilationeffectiveness)等概念和方法。室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)定室內(nèi)空氣品質(zhì)涉及到多學(xué)科的知識(shí),室內(nèi)空氣評(píng)50室內(nèi)舒適溫度與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)

新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T18883－2002）規(guī)定，夏季有空調(diào)的場(chǎng)所為26~30℃。當(dāng)室內(nèi)空氣溫度為18℃時(shí)，50％坐著的人感到冷；溫度低于12℃時(shí)，80％坐著的人感到冷，而且有人冷得難受，不能堅(jiān)持久坐，活動(dòng)著的人也有20％以上感到冷，室內(nèi)可居住性很差，有損健康。衛(wèi)生學(xué)將12℃作為建筑熱環(huán)境的下限。

室內(nèi)舒適溫度與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB51空調(diào)的原理

氣態(tài)制冷劑被壓縮機(jī)壓縮為液態(tài)，在此過(guò)程中，制冷劑被壓縮成液體后，制冷劑溫度會(huì)升高，使其溫度升高的目的就是提高制冷劑與環(huán)境之間的溫差，然后制冷劑溫度高于環(huán)境溫度而向外界環(huán)境放熱，溫度下降到常溫，在換熱過(guò)程中氣體的壓強(qiáng)認(rèn)為是不變，然后讓常溫的液態(tài)制冷劑進(jìn)入室內(nèi)的蒸發(fā)器，讓液態(tài)制冷劑膨脹降溫，使其溫度低于室內(nèi)溫度從而使室內(nèi)氣體向制冷劑放熱，制冷劑吸熱后恢復(fù)為常溫氣態(tài)再進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，循環(huán)往復(fù)進(jìn)行持續(xù)制冷。空調(diào)的原理氣態(tài)制冷劑被壓縮機(jī)壓縮為液態(tài)，在此過(guò)程中，制冷劑52本課題研究的目的本課題研究的目的是為了給辦公室通風(fēng)系統(tǒng)提供最佳的設(shè)計(jì)方案，使得辦公室中的人們感覺(jué)到舒適，提出了不同的幾組方案研究進(jìn)行對(duì)比分析，試圖找出一種最佳方案，通過(guò)對(duì)室內(nèi)通風(fēng)情況的模擬達(dá)到與實(shí)際情況比較接近，為以后的真實(shí)空調(diào)系統(tǒng)的安裝提供參考數(shù)據(jù)。本課題研究的目的本課題研究的目的是為了給辦公室通風(fēng)系統(tǒng)提供最53本課題的原始數(shù)據(jù)

本課題的原始數(shù)據(jù)542計(jì)算流體力學(xué)的概念

CFD的簡(jiǎn)介CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用

CFD的求解過(guò)程

CFD在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展

2計(jì)算流體力學(xué)的概念CFD的簡(jiǎn)介55CFD的簡(jiǎn)介

CFD是英文ComputationalFluidDynamics(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))的簡(jiǎn)稱,通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示,對(duì)包含有流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所做的分析。CFD可以看作是在流動(dòng)基本方程(質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程)控制下對(duì)流動(dòng)的數(shù)值模擬,是進(jìn)行“三傳”(傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞)及燃燒、多相流和化學(xué)反應(yīng)研究的核心和重要技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于熱能動(dòng)力、航空航天、機(jī)械、土木水利、環(huán)境化工等諸多工程領(lǐng)域。暖通空調(diào)制冷行業(yè)是CFD技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。CFD的簡(jiǎn)介CFD是英文ComputationalFl56CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用

通風(fēng)空調(diào)房間氣流組織設(shè)計(jì)借助CFD可以預(yù)測(cè)仿真通風(fēng)空調(diào)空間的氣流分布詳細(xì)情況。氣流數(shù)值分析能夠考慮室內(nèi)各種可能的內(nèi)擾、邊界條件和初始條件,因而它能全面地反映室內(nèi)的氣流分布情況,從而便于發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的氣流分布方案,進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)使其達(dá)到良好的通風(fēng)空調(diào)效果。通過(guò)CFD模擬計(jì)算室內(nèi)內(nèi)部的流體流動(dòng)情況,可以研究設(shè)備性能,從而改進(jìn)其工作,降低建筑能耗,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用通風(fēng)空調(diào)房間氣流組織設(shè)計(jì)借57

CFD的求解過(guò)程

建立數(shù)學(xué)模型是對(duì)所研究的流動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述,為數(shù)值求解做準(zhǔn)備工作。確定邊界條件與初始條件和邊界條件是控制方程有確定解的前提。初始條件是所研究對(duì)象在過(guò)程開(kāi)始時(shí)刻各個(gè)求解變量的空間分布情況。CFD的求解過(guò)程建立數(shù)學(xué)模型是對(duì)所研究的流動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)58

CFD在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展

CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域中的應(yīng)用在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)是歐洲和日本走在前面,目前CFD技術(shù)在日本暖通行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化階段。國(guó)外的CFD模型方面的基礎(chǔ)性成果不但豐富,而且CFD軟件也非常強(qiáng)大。我國(guó)大約在20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究CFD在暖通領(lǐng)域的應(yīng)用,

我國(guó)現(xiàn)有成果大部分屬于運(yùn)用專用軟件進(jìn)行某個(gè)算例的分析。從總體上說(shuō),真正把CFD技術(shù)(與實(shí)際工程的暖通設(shè)計(jì)結(jié)合的案例還很少,真正掌握CFD技術(shù)的暖通設(shè)計(jì)人員數(shù)量有限,在我國(guó)暖通行業(yè)中開(kāi)展CFD方面研究尚有大量工作要做CFD在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域中的應(yīng)用在593FLUENT軟件的介紹

什么是FLUENT軟件

FLUENT軟件的特點(diǎn)和相關(guān)應(yīng)用

FLUENT在我國(guó)的應(yīng)用和前景

3FLUENT軟件的介紹什么是FLUENT軟件60什么是FLUENT軟件

FLUENT的這一工程設(shè)計(jì)與分析軟件，它在多物理場(chǎng)方面的模擬能力使其應(yīng)用范圍非常廣泛，是目前功能最全的CFD軟件。FLUENT因其用戶界面友好，算法健壯，新用戶容易上手等優(yōu)點(diǎn)一直在用戶中有著良好的口碑。長(zhǎng)期以來(lái)，功能強(qiáng)大的模塊，易用性和專業(yè)的技術(shù)支持所有這些因素使得FLUENT受到企業(yè)的青睞。

什么是FLUENT軟件FLUENT的這一工程設(shè)計(jì)與分析軟件61FLUENT軟件的特點(diǎn)和相關(guān)應(yīng)用FLUENT軟件采用基于完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法，而且具有基于網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格單元的梯度算法；FLUENT軟件包含三種算法：非耦合隱式算法、耦合顯式算法、耦合隱式算法；FLUENT軟件進(jìn)行流體的流動(dòng)和傳熱計(jì)算的模擬計(jì)算的流程一般是，首先利用GAMBIT進(jìn)行流動(dòng)區(qū)域幾何形狀的構(gòu)建、定義邊界類型和生成網(wǎng)格，然后將GAMBIT中的網(wǎng)格文件輸出用于FLUENT求解器計(jì)算的格式，在FLUENT中讀取所輸出的文件并設(shè)置條件對(duì)流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行求解計(jì)算，最后對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行后處理。FLUENT可以求解計(jì)算二維和三維問(wèn)題FLUENT軟件的特點(diǎn)和相關(guān)應(yīng)用FLUENT軟件采用基于完全62FLUENT在我國(guó)的應(yīng)用和前景西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室借助Fluent軟件平臺(tái)和清華大學(xué)熱能工程系由長(zhǎng)福等人比較了軟件FLUENT提供的不同湍流模型等實(shí)例FLUENT軟件在我國(guó)已經(jīng)獲得較好的應(yīng)用。由于其減少了研究者在計(jì)算方法、編程、前后處理等方面投入的重復(fù)、低效的勞動(dòng),將更多的精力和時(shí)間投入到考慮問(wèn)題的物理本質(zhì),優(yōu)化算法選用,參數(shù)的設(shè)定,因而提高了工作效率,其必然會(huì)獲得越來(lái)越多的應(yīng)用,應(yīng)用效果也必將越來(lái)越好。FLUENT在我國(guó)的應(yīng)用和前景西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家634利用GAMBIT建立空調(diào)房間模型

開(kāi)啟GANBIT軟件

室內(nèi)空調(diào)房間建立

網(wǎng)格劃分

邊界條件類型指定

MESH文件輸出

4利用GAMBIT建立空調(diào)房間模型開(kāi)啟GANBIT軟件641啟動(dòng)Gambit

2體的創(chuàng)建

3人體模型

4空調(diào)房間模型

1啟動(dòng)Gambit2體的創(chuàng)建3人體模型4空調(diào)房65入風(fēng)口面網(wǎng)格劃分

實(shí)體網(wǎng)格劃分對(duì)話框

房間實(shí)體網(wǎng)格劃分

入風(fēng)口面網(wǎng)格劃分實(shí)體網(wǎng)格劃分對(duì)話框房間實(shí)體網(wǎng)格劃分66邊界條件類型指定

MESH文件輸出

邊界條件類型指定MESH文件輸出67

5利用FLUENT求解器求解

FLUENT求解器的選擇

選擇計(jì)算模型

定義流體的物理性質(zhì)

設(shè)定邊界條件5利用FLUENT求解器求解FLUENT求解器的選擇681Fluent求解器的選擇2基本求解器Solver3物質(zhì)的物理性質(zhì)設(shè)置

4設(shè)定邊界條件

1Fluent求解器的選擇2基本求解器Solver3物695設(shè)置入口inlet的邊界條件

6Iterate對(duì)話框設(shè)置開(kāi)始進(jìn)行疊代5設(shè)置入口inlet的邊界條件6Iterate對(duì)話框70

6原始方案數(shù)值仿真結(jié)果分析

原始方案收斂曲線分析

原始方案溫度場(chǎng)分析

原始方案速度場(chǎng)分析

原始方案數(shù)值仿真分析總結(jié)

6原始方案數(shù)值仿真結(jié)果分析原始方案收斂曲線分析71收斂曲線圖

房間溫度場(chǎng)圖

收斂曲線圖房間溫度場(chǎng)圖72頭部周圍溫度圖

人腳部周圍氣流速度場(chǎng)

頭部周圍溫度圖人腳部周圍氣流速度場(chǎng)73原始方案數(shù)值仿真分析總結(jié)

原始方案房間的平均溫度大約在19°C左右，與新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T18883－2002）夏季空調(diào)房溫度不得低于26度不符，不節(jié)能和環(huán)保。右側(cè)傳真機(jī)背部溫度過(guò)高。溫度落差過(guò)大，在電腦周圍的風(fēng)速都接近零，小于0.3m/s人將感覺(jué)很舒適。這些問(wèn)題將在后面第七章優(yōu)化方案設(shè)計(jì)中進(jìn)行解決。原始方案數(shù)值仿真分析總結(jié)原始方案房間的平均溫度大約在19°747空調(diào)房間優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化方案綜述：由于原始方案并沒(méi)有達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果因此在原始方案基礎(chǔ)上提出一下三個(gè)優(yōu)化改進(jìn)方案，如表6-1去所示。7空調(diào)房間優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化方案綜述：75方案一收斂曲線

方案一房間溫度

方案一

方案一收斂曲線方案一房間溫度方案一76方案一人頭部周圍溫度方案一人腳部周圍速度流

方案一人頭部周圍溫度方案一人腳部周圍速度流77方案一總結(jié)由于在方案一考慮了空氣的浮力與重力因素，使得空氣的流動(dòng)更加均勻，室內(nèi)的溫度變化范圍減小，但是人體周圍以及房間平均溫度仍然有18°C左右，這樣的溫度對(duì)于夏季室內(nèi)房間仍然很低，需要對(duì)入風(fēng)口溫度進(jìn)行調(diào)整。方案一總結(jié)由于在方案一考慮了空氣的浮力與重力因素，使得空氣的78方案二收斂曲線

方案二人腳部溫度

方案二

方案二收斂曲線方案二人腳部溫度方案二79方案二人頭部溫度

方案二人腳部周圍速度流

方案二人頭部溫度方案二人腳部周圍速度流80方案二總結(jié)

在方案二中看出