室內(nèi)空氣逆時間反演與通風熱回收.pdf

1、本文根據(jù)建筑通風安全、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)境改善等實際工程需要,從反演辨識通風室內(nèi)單個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水洞模型實驗瞬態(tài)污染物擴散等多方面地開展了創(chuàng)新研究工作。
　　 首先,室內(nèi)氣態(tài)污染物的控制有賴于及時發(fā)現(xiàn)污染源位置或污染物散發(fā)途徑。近似逆時間反演方法可以通過任意時刻的室內(nèi)氣態(tài)污染物分布有效地辨識污染源的空間位置。

2、近似逆時間反演方法通過將時間取負,對污染物動態(tài)輸運方程增加四階穩(wěn)定項來保證逆時間模擬的收斂性能;與此同時,額外增加的穩(wěn)定項值必須控制得足夠小,從而不損害逆時間反演模擬的準確性。具體概述如下,近似逆時間反演了三維低能耗置換通風室內(nèi)單個污染源的空間位置。首先正向模擬分析了通風強度、污染源空間位置、污染物擴散特性等因素對室內(nèi)氣態(tài)污染物空間輸運過程的影響;接著,依據(jù)近似逆時間反演方法,將正向模擬所得的室內(nèi)污染物濃度分布作為初始條件,取時間步長為

3、負值,詳細討論了入口風速、污染源位置、污染物擴散時間以及污染物擴散特性等對近似逆時間反演結(jié)果的影響。
　　 近似逆時間反演了二維低能耗通風室內(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室內(nèi)流體對流過程,探討了送風強度、熱源強度、污染物擴散特性和污染源位置等對室內(nèi)氣態(tài)污染物動態(tài)輸運過程的影響;接著,基于近似逆時間反演方法同時反演辨識室內(nèi)多組污染源的空間位置,并詳細討論送風速度、熱源強度、污染物擴散性能、擴散時

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

5、的室內(nèi)熱源散熱性能。定義了湍流能量流線或湍流熱線,它不僅能表達室內(nèi)湍流熱輸運路徑,而且也闡釋了時均湍流熱流的系統(tǒng)總能守恒特性。接著,運用共軛梯度法推導了耦合受迫對流和自然對流的靈敏度方程和伴隨方程,對流反演求解了通風室內(nèi)壁面熱源的空間分布,并分析了送風速度、熱源強度、壁面熱源空間分布以及測量誤差等因素對室內(nèi)湍流對流反演精度和準確度的影響。
　　 再次,室內(nèi)空氣環(huán)境的改善需要引入大量的室外新風,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荷,并將增加室內(nèi)新風量和改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。即此,本文相應(yīng)開展了分離型熱管運行性能實驗、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)計了分離型熱管熱回收空調(diào)設(shè)備,并分析了設(shè)備運行性能。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)實驗平臺和數(shù)學模型,探

7、討了熱管水力直徑、蒸汽溫度對分離型熱管充液率的上運行邊界和下運行邊界的影響。實驗室樣機測試和數(shù)學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)器在冬季運行時的結(jié)霜行為。重點分析了管翅式熱回收空調(diào)蒸發(fā)器在強迫對流條件下的非定常熱特性,并分析經(jīng)過熱回收器換熱后的混合空氣溫度、相對濕度和空氣質(zhì)量流量等因素對傳熱系數(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、對通風建筑室內(nèi)空氣環(huán)境的影響?？紤]熱回收設(shè)備對熱量回收和污染物過濾的雙重作用,直接模擬通風熱回收室內(nèi)空氣流動和氣態(tài)污染物對流輸運過程,詳細討論了空調(diào)送風速度、新風比、空調(diào)器凈化效率和室內(nèi)熱源強度對室內(nèi)氣態(tài)污染物平均濃度和污染源表面污染物擴散率的影響。研究表明,熱回收空調(diào)設(shè)備預(yù)處理了室外新風,不僅稀釋了室內(nèi)污染物,而且降低了新風能耗,從而能夠有效地調(diào)和室內(nèi)空氣環(huán)境與建筑空調(diào)能耗這對尖銳的矛盾。
　　 最后,采用CFD數(shù)值模擬和PI