室內(nèi)空氣逆時(shí)間反演與通風(fēng)熱回收.pdf

1、本文根據(jù)建筑通風(fēng)安全、室內(nèi)氣態(tài)有害物傳播控制、建筑空調(diào)能源節(jié)約、室內(nèi)空氣環(huán)境改善等實(shí)際工程需要,從反演辨識(shí)通風(fēng)室內(nèi)單個(gè)污染源和多組污染源、反演求解湍流室內(nèi)壁面熱源、研制熱管熱回收空調(diào)設(shè)備、分析熱回收空調(diào)室內(nèi)環(huán)境、PIV水洞模型實(shí)驗(yàn)瞬態(tài)污染物擴(kuò)散等多方面地開(kāi)展了創(chuàng)新研究工作。
　　 首先,室內(nèi)氣態(tài)污染物的控制有賴(lài)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染源位置或污染物散發(fā)途徑。近似逆時(shí)間反演方法可以通過(guò)任意時(shí)刻的室內(nèi)氣態(tài)污染物分布有效地辨識(shí)污染源的空間位置。

2、近似逆時(shí)間反演方法通過(guò)將時(shí)間取負(fù),對(duì)污染物動(dòng)態(tài)輸運(yùn)方程增加四階穩(wěn)定項(xiàng)來(lái)保證逆時(shí)間模擬的收斂性能;與此同時(shí),額外增加的穩(wěn)定項(xiàng)值必須控制得足夠小,從而不損害逆時(shí)間反演模擬的準(zhǔn)確性。具體概述如下,近似逆時(shí)間反演了三維低能耗置換通風(fēng)室內(nèi)單個(gè)污染源的空間位置。首先正向模擬分析了通風(fēng)強(qiáng)度、污染源空間位置、污染物擴(kuò)散特性等因素對(duì)室內(nèi)氣態(tài)污染物空間輸運(yùn)過(guò)程的影響;接著,依據(jù)近似逆時(shí)間反演方法,將正向模擬所得的室內(nèi)污染物濃度分布作為初始條件,取時(shí)間步長(zhǎng)為

3、負(fù)值,詳細(xì)討論了入口風(fēng)速、污染源位置、污染物擴(kuò)散時(shí)間以及污染物擴(kuò)散特性等對(duì)近似逆時(shí)間反演結(jié)果的影響。
　　 近似逆時(shí)間反演了二維低能耗通風(fēng)室內(nèi)多組污染源空間位置。首先數(shù)值模擬了包含多組污染源和熱源的置換通風(fēng)室內(nèi)流體對(duì)流過(guò)程,探討了送風(fēng)強(qiáng)度、熱源強(qiáng)度、污染物擴(kuò)散特性和污染源位置等對(duì)室內(nèi)氣態(tài)污染物動(dòng)態(tài)輸運(yùn)過(guò)程的影響;接著,基于近似逆時(shí)間反演方法同時(shí)反演辨識(shí)室內(nèi)多組污染源的空間位置,并詳細(xì)討論送風(fēng)速度、熱源強(qiáng)度、污染物擴(kuò)散性能、擴(kuò)散時(shí)

4、間等對(duì)反演結(jié)果的影響。
　　 其次,室內(nèi)空氣環(huán)境的人工控制和設(shè)計(jì)依然有賴(lài)于反演分析室內(nèi)空氣對(duì)流過(guò)程,即由最終狀態(tài)決定初始狀態(tài)或邊界條件。真實(shí)的建筑通風(fēng)室內(nèi)流體流動(dòng)均為湍流,因此需要求解相應(yīng)的室內(nèi)湍流對(duì)流反演問(wèn)題。本文首先分別探討了置換通風(fēng)和混合通風(fēng)模式作用下的通風(fēng)室內(nèi)空氣湍流對(duì)流行為,并依據(jù)Revnolds數(shù)和Grashof數(shù)的變化,數(shù)值模擬了從受迫對(duì)流主導(dǎo)至自然對(duì)流主導(dǎo)的室內(nèi)空氣各種流動(dòng)狀態(tài),并比較了混合通風(fēng)和置換通風(fēng)模式作用

5、的室內(nèi)熱源散熱性能。定義了湍流能量流線(xiàn)或湍流熱線(xiàn),它不僅能表達(dá)室內(nèi)湍流熱輸運(yùn)路徑,而且也闡釋了時(shí)均湍流熱流的系統(tǒng)總能守恒特性。接著,運(yùn)用共軛梯度法推導(dǎo)了耦合受迫對(duì)流和自然對(duì)流的靈敏度方程和伴隨方程,對(duì)流反演求解了通風(fēng)室內(nèi)壁面熱源的空間分布,并分析了送風(fēng)速度、熱源強(qiáng)度、壁面熱源空間分布以及測(cè)量誤差等因素對(duì)室內(nèi)湍流對(duì)流反演精度和準(zhǔn)確度的影響。
　　 再次,室內(nèi)空氣環(huán)境的改善需要引入大量的室外新風(fēng),由此將增加空調(diào)建筑的能源消耗,致使空

6、調(diào)建筑節(jié)能與室內(nèi)空氣環(huán)境改善相沖突。本文引入熱管熱回收空調(diào)器,它完全或部分取消了再熱負(fù)荷,并將增加室內(nèi)新風(fēng)量和改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。即此,本文相應(yīng)開(kāi)展了分離型熱管運(yùn)行性能實(shí)驗(yàn)、熱回收空調(diào)器冬季除霜分析和熱回收空調(diào)室內(nèi)空氣環(huán)境模擬等研究,具體包括,設(shè)計(jì)了分離型熱管熱回收空調(diào)設(shè)備,并分析了設(shè)備運(yùn)行性能。在不改變空調(diào)器現(xiàn)有配置的基礎(chǔ)上,增加了用于回收空調(diào)排風(fēng)余熱的閉式兩相流分離型熱管換熱裝置,構(gòu)建了熱管熱回收空調(diào)器?；诳照{(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和數(shù)學(xué)模型,探

7、討了熱管水力直徑、蒸汽溫度對(duì)分離型熱管充液率的上運(yùn)行邊界和下運(yùn)行邊界的影響。實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)測(cè)試和數(shù)學(xué)分析表明該分離型熱管可以提升空調(diào)的熱回收效率:探討了熱回收空調(diào)器在冬季運(yùn)行時(shí)的結(jié)霜行為。重點(diǎn)分析了管翅式熱回收空調(diào)蒸發(fā)器在強(qiáng)迫對(duì)流條件下的非定常熱特性,并分析經(jīng)過(guò)熱回收器換熱后的混合空氣溫度、相對(duì)濕度和空氣質(zhì)量流量等因素對(duì)傳熱系數(shù)、霜層厚度和空氣側(cè)壓降的影響,為優(yōu)化熱回收空調(diào)器冬季運(yùn)行性能提供了理論依據(jù);
　　 模擬分析了熱回收空調(diào)器

8、對(duì)通風(fēng)建筑室內(nèi)空氣環(huán)境的影響?？紤]熱回收設(shè)備對(duì)熱量回收和污染物過(guò)濾的雙重作用,直接模擬通風(fēng)熱回收室內(nèi)空氣流動(dòng)和氣態(tài)污染物對(duì)流輸運(yùn)過(guò)程,詳細(xì)討論了空調(diào)送風(fēng)速度、新風(fēng)比、空調(diào)器凈化效率和室內(nèi)熱源強(qiáng)度對(duì)室內(nèi)氣態(tài)污染物平均濃度和污染源表面污染物擴(kuò)散率的影響。研究表明,熱回收空調(diào)設(shè)備預(yù)處理了室外新風(fēng),不僅稀釋了室內(nèi)污染物,而且降低了新風(fēng)能耗,從而能夠有效地調(diào)和室內(nèi)空氣環(huán)境與建筑空調(diào)能耗這對(duì)尖銳的矛盾。
　　 最后,采用CFD數(shù)值模擬和PI