浅谈反演室内空气逆时间反演与通风热回收生

论文导读：
摘要：本论文根据建筑通风安全、室内气态有害物传播制约、建筑空调能源节约、室内空气环境改善等实际工程需要,以反演辨识通风室内单个污染源和多组污染源、反演求解湍流室内壁面热源、研制热管热回收空调设备、浅析热回收空调室内环境、PIV水洞模型实验瞬态污染物扩散等多方面地开展了革新探讨工作。首先,室内气态污染物的制约有赖于及时发现污染源位置或污染物散发途径。近似逆时间反演策略可以通过任意时刻的室内气态污染物分布有效地辨识污染源的空间位置。近似逆时间反演策略通过将时间取负,对污染物动态输运方程增加四阶稳定项来保证逆时间模拟的收敛性能；与此同时,额外增加的稳定项值必须制约得足够小,以而不损害逆时间反演模拟的准确性。具体概述如下,近似逆时间反演了三维低能耗置换通风室内单个污染源的空间位置。首先正向模拟浅析了通风强度、污染源空间位置、污染物扩散特性等因素对室内气态污染物空间输运历程的影响；接着,依据近似逆时间反演策略,将正向模拟所得的室内污染物浓度分布作为初始条件,取时间步长为负值,详细讨论了入口风速、污染源位置、污染物扩散时间以及污染物扩散特性等对近似逆时间反演结果的影响。近似逆时间反演了二维低能耗通风室内多组污染源空间位置。首先数值模拟了包含多组污染源和热源的置换通风室内流体对流历程,探讨了送风强度、热源强度、污染物扩散特性和污染源位置等对室内气态污染物动态输运历程的影响；接着,基于近似逆时间反演策略同时反演辨识室内多组污染源的空间位置,并详细讨论送风速度、热源强度、污染物扩散性能、扩散时间等对反演结果的影响。其次,室内空气环境的人工制约和设计依然有赖于反演浅析室内空气对流历程,即由最终状态决定初始状态或边界条件。真实的建筑通风室内流体流动均为湍流,由此需要求解相应的室内湍流对流反演不足。本论文首先分别探讨了置换通风和混合通风方式作用下的通风室内空气湍流对流行为,并依据Reynolds数和Grashof数的变化,数值模拟了以受迫对流主导至自然对流主导的室内空气各种流动状态,并比较了混合通风和置换通风方式作用的室内热源散热性能。定义了湍流能量流线或湍流,它不仅能表达室内湍流热输运路径,而且也诠释了时均湍流热流的系统总能守恒特性。接着,运用共轭梯度法推导了耦合受迫对流和自然对流的灵敏度方程和伴随方程,对流反演求解了通风室内壁面热源的空间分布,并浅析了送风速度、热源强度、壁面热源空间分布以及测量误差等因素对室内湍流对流反演精度和准确度的影响。再次,室内空气环境的改善需要引入大量的室外新风,由此将增加空调建筑的能源消耗,致使空调建筑节能与室内空气环境改善相冲突。本论文引入热管热回收空调器,它完全或部分取消了再热负荷,并将增加室内新风量和改善室内空气质量。即此,本论文相应开展了分离型热管运转性能实验、热回收空调器冬季除霜浅析和热回收空调室内空气环境模拟等探讨,具体包括,设计了分离型热管热回收空调设备,并浅析了设备运转性能。在不转变空调器现有配置的基础上,增加了用于回收空调排风余热的闭式两相流分离型热管换热装置,构建了热管热回收空调器。基于空调实验平台和数学模型,探讨了热管水力直径、蒸汽温度对分离型热管充液率的上运转边界和下运转边界的影响。实验室样机测试和数学浅析表明该分离型热管可以提升空调的热回收效率；探讨了热回收空调器在冬季运转时的结霜行为。重点浅析了管翅式热回收空调蒸发器在强迫对流条件下的非定常热特性,并浅析经过热回收器换热后的混合空气温度、相对湿度和空气质量流量等因素对传热系数、霜层厚度和空气侧压降的影响,为优化热回收空调器冬季运转性能提供了论述依据；模拟浅析了热回收空调器对通风建筑室内空气环境的影响。考虑热回收设备对热量回收和污染物过滤的双重作用,直接模拟通风热回收室内空气流动和气态污染物对流输运历程,详细讨论了空调送风速度、新风比、空调器净化效率和室内热源强度对室内气态污染物平均浓度和污染源表面污染物扩散率的影响。探讨表明,热回收空调设备预处理了室外新风,不仅稀释了室内污染物,而且降低了新风能耗,以而能够有效地调和室内空气环境与建筑空调能耗这对尖锐的矛盾。最后,采取CFD数值模拟和PIV非接触式模型实验策略探讨了气态污染物在通风室内瞬态扩散历程。纳米微粒饱和溶液沿水平送水管距离入口300mm处送入实验水箱(通风房间),同步制约激光器片源发出频率论文导读：-904.6.2不同的热流函数对反演结果的影响90-924.6.3测量误差对反演结果的影响92-954.7本章小结95-96第5章通风热回收空调器性能浅析96-1165.1引言96-975.2分离型热管热回收空调器设计97-1005.3分离型热管运转数值浅析100-1035.3.1数学模型描述1005.3.2热管运转数学模型100-1025.3.3分离型热管上临界运转边界1025.3
和CCD相机拍摄频率,动态PIV拍摄实验模型内纳米微粒浓度变化,定性得出置换通风室内污染物动态输运历程,为建筑室内污染物稀释和排放提供有效的实验数据,并验证数值模拟结果。关键词：近似逆时间反演论文气态污染物论文湍流对流反演论文建筑节能论文建筑通风论文分离型热管热回收空调论文计算流体动力学论文PIV实验论文
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Abstract7-15
主要符号表15-17
第1章 绪论17-25

1.1 建筑室内气态污染物逆时间反演模拟17-18

1.2 室内通风湍流对流反演模拟18-20

1.3 通风热回收与室内空气环境改善20-24

1.3.1 通风热回收与热管技术22-23

1.3.2 通风热回收建筑室内空气环境与气态污染物23-24

1.4 本论文探讨内容24-25

第2章 置换通风室内污染源位置逆时间反演25-48

2.1 引言25-26

2.2 污染物输运反演策略26-28

2.3 数值策略28-31

2.3.1 基本制约方程及其求解28-31

2.3.2 数值收敛及验证31

2.4 物理模型及边界条件31-33

2.5 结果与讨论33-47

2.5.1 通风室内空气与污染物输运的正向模拟33-34

2.5.2 入口风速对逆时间污染源模拟的影响34-38

2.5.3 污染源位置对反演模拟的影响38-42

2.5.4 污染物扩散特性对反演模拟的影响42-45

2.5.5 污染物扩散时间对反演模拟的影响45-47

2.6 本章小结47-48

第3章 混合对流室内多污染源位置逆时间反演48-71

3.1 引言48-49

3.2 通风室内污染物散发数值模拟49-55

3.

2.1 物理模型49-51

3.

2.2 边界条件51-52

3.

2.3 评价指标和对流可视化52-53

3.

2.4 数值思想53

3.

2.5 网格独立解、时间步长以及程序验证53-55

3.3 二维通风室内污染物散发数值反演策略55-57

3.4 计算结果与讨论57-69

3.4.1 混合对流正向模拟57-62

3.4.2 Re、Gr、Sc和热源与污染源间距对污染物输运的影响62-66

3.4.3 污染源位置反演模拟66-69

3.5 本章小结69-71

第4章 室内通风湍流对流热源边界反演71-96

4.1 引言71-72

4.2 耦合受迫对流和自然对流的数学模型72-75

4.

2.1 边界条件和壁面函数73-74

4.

2.2 湍流对流可视化74-75

4.3 湍流混合对流反演模型75-77
4.

3.1 灵敏度方程75-76

4.

3.2 伴随方程76-77

4.4 数值计算思想77-80

4.1 正向对流不足数值求解策略77-78

4.2 灵敏度和伴随不足数值求解策略78-79

4.3 共轭梯度策略79

4.4 收敛准则和误差浅析79-80

4.5 通风房间中湍流混合对流正不足80-88

4.5.1 置换通风方式81-87

4.5.2 混合通风方式87

4.5.3 传热效率87-88

4.6 湍流混合对流反演88-95

4.6.1 室内空气对流状态对热流反演结果的影响88-90

4.6.2 不同的热流函数对反演结果的影响90-92

4.6.3 测量误差对反演结果的影响92-95

4.7 本章小结95-96

第5章 通风热回收空调器性能浅析96-116

5.1 引言96-97

5.2 分离型热管热回收空调器设计97-100

5.3 分离型热管运转数值浅析100-103

5.

3.1 数学模型描述100

5.

3.2 热管运转数学模型100-102

5.

3.3 分离型热管上临界运转边界102

5.

3.4 分离型热管下临界运转边界102-103

5.

3.5 热输入量对蒸发段内临界液膜厚度的影响103

5.4 热管热回收空调器结霜性能浅析103-114
5.

4.1 不足提出103-104

5.

4.2 数学模型与传热浅析104-108

5.

4.3 物理模型及结构参数108-109

5.

4.4 计算结果与讨论109-114

5.5 本章小结114-116
第6章 通风热回收空调室内气态污染物对流输运116-131

6.1 引言116

6.2 物理不足描述116-121

6.2.1 制约方程117-1论文导读：通风热回收空调系统边界条件119-1206.2.4评价参数1206.2.5室内气态污染物浓度极限浅析120-1216.3数值策略与验证121-1226.4结果与讨论122-1296.4.1送风强度对室内空气流动及污染物输运的影响122-1236.4.2新风比对室内空气流动及污染物输运的影响123-1266.4.3净化效率对室内空气流动及污染物输运的影响126-1286.4.4热
19
6.

2.2 边界条件119

6.

2.3 通风热回收空调系统边界条件119-120

6.

2.4 评价参数120

6.

2.5 室内气态污染物浓度极限浅析120-121

6.3 数值策略与验证121-122

6.4 结果与讨论122-129

6.

4.1 送风强度对室内空气流动及污染物输运的影响122-123

6.

4.2 新风比对室内空气流动及污染物输运的影响123-126

6.

4.3 净化效率对室内空气流动及污染物输运的影响126-128

6.

4.4 热源强度对室内空气流动及污染物输运的影响128-129

6.5 本章小结129-131
第7章 通风室内气态污染物动态扩散模型实验131-143

7.1 引言131

7.2 实验系统和历程131-136

7.

2.1 实验系统132-134

7.

2.2 实验历程134-136

7.3 PIV测量系统136-137

7.4 实验结果与讨论137-141

7.

4.1 稳态流动浅析及CFD验证137-141

7.

4.2 瞬态污染物输运PIV实验及CFD验证141

7.5 本章小结141-143
结论143-147
参考文献147-162
致谢162-163
附录A 攻读学位期间的主要探讨成果163-168