【摘 要】
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合理的气流组织可以营造满足人员热舒适及工业需求的良好环境,并且可以达到节约能耗的目的。为了满足以上需求,需对建筑室内的气流组织进行合理的设计。本课题组提出了新型气流组织模式——竖壁贴附射流送风,其原理是将送风口安置在靠近竖壁的房间顶部,在康达效应及扩展康达效应的作用下,送风贴附于竖直壁面并向下流动,撞击地面后形成空气湖。该送风方式兼有送风口易于布置、不占用工作区空间和空气品质高、能源消耗小的优点。
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合理的气流组织可以营造满足人员热舒适及工业需求的良好环境,并且可以达到节约能耗的目的。为了满足以上需求,需对建筑室内的气流组织进行合理的设计。本课题组提出了新型气流组织模式——竖壁贴附射流送风,其原理是将送风口安置在靠近竖壁的房间顶部,在康达效应及扩展康达效应的作用下,送风贴附于竖直壁面并向下流动,撞击地面后形成空气湖。该送风方式兼有送风口易于布置、不占用工作区空间和空气品质高、能源消耗小的优点。经过多年的研究,本课题组已建立一套较为完整的贴附射流送风理论及设计体系。贴附射流分为竖壁贴附区、冲击区和水平空气湖区。课题组前期对竖壁贴附送风的研究主要针对竖壁贴附区和水平空气湖区,而冲击区的空气流动特性及对水平空气湖的影响仍有待进一步研究。冲击区是贴附射流发生分离、偏转并形成空气湖的关键区域。为探明冲击区空气流动特性,本文以直角形和圆弧形拐角下冲击区为研究对象,基于流体力学理论建立了竖壁贴附射流冲击区流动特性预测数学模型,基于团队的前期实验,验证了所建模型的有效性,对送风速度、送风高度等主要因素进行了无量纲分析。主要发现如下:首先,冲击区的三个显著特征是较大的压力梯度、角落涡旋运动和边界层分离现象,这导致射流在流经冲击区时发生减速、分离、偏转、加速,最终与水平壁面再次形成贴附。其次,给出了分离点的定义,并建立了分离点和再贴附点位置的计算模型。通过量纲分析和数据拟合的方法确定分离点位置为h/b=11.8(H/b)2/3Re-1/3,其适用范围为0.5<(H/b)2/3(Re)-1/3<1.2。再贴附点位置与分离点位置有关:当(H/b)2/3(Re)-1/3≤0.5时,可表示为h/b=1.46l/b;当(H/b)2/3(Re)-1/3>0.5时,可表示为h/b=1.58l/b。其中,(H/b)2/3(Re)-1/3是表征贴附射流冲击强度特性的重要参数,可根据其数值大小将贴附射流分为三种类型:不完全贴附射流、完全发展贴附射流、强贴附射流。此外,本文对圆弧形拐角下竖壁贴附射流送风的室内流场进行了研究。结果表明,弧形拐角能有效抑制射流分离现象,消除冲击区旋涡,在设置了相对尺寸R/b=9的90°圆弧拐角后能减少射流动能损失达23%以上。圆弧形拐角的设置可延长贴附射流的射程及作用范围,从而提高了贴附通风的效率。对射流特征参数,研究了雷诺数Re、风口无量纲高度H/b、风口与墙间隙s/b等对圆弧形拐角改善冲击区内流场效果的影响,以及圆弧形拐角的相对尺寸R/b的影响。最后,分析了弧形导流板在竖壁贴附通风的实际应用,同时建议了适用于竖壁贴附射流的导流板形式,即90°圆弧形,相对尺寸R/b=9。
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