候车大厅不同送风方式的热舒适性数值模拟分析

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1、华中科技大学硕士学位论文1.4.2主要工作内容课题基于本文作者实际参与的《杭州新火车东站候车厅大空间热环境模拟研究》项目进行深入研究，利用FLUENT公司推出的专业版本AIRPAK软件对火车站候车厅的热环境进行模拟。针对设计方提供的两种拟采用的空调系统方案：（1）门套送风系统；（2）座椅送风系统，课题将利用软件对两种方案分别进行模拟计算，求解候车厅内微气候指标及人体热舒适性指标PMV/PPD，并对候车厅内空气品质主要指标进行模拟，包括主要污染物二氧化碳的浓度和以空气龄为指标的通风换气效率。1.4.3课题研究的技术路线（1）确

2、定数值模拟采用的CFD软件。目前主流的CFD商用软件包括FLUENT、STAR-CD和CFX-TASCflow。其中STAR-CD和CFX-TASCflow主要用于内燃机、[21]叶轮机和核能等领域，FLUENT软件则推出了专用于空调分析的版本AIRPAK。考虑到软件应用领域和火车站候车厅大空间特性，本课题最终选择AIRPAK软件用于数值模拟计算。根据设计方提供的气象和空调参数，运用AIRPAK软件建立研究[22]对象的物理模型，包括门套送风空调系统和座椅送风空调系统两种方案。（2）对两种方案中候车厅内空气温度、气流速度等微

3、气候参数进行模拟计算，通过分析微气候参数及其组合，得到基于人体热感觉的初步舒适性比较结果。对两种方案中候车厅内PMV/PPD指标进行模拟计算，得到基于PMV/PPD评价指标的人体舒适性比较结果。进一步改进模型，加入由乘客呼气产生的二氧化碳污染源模型，对两种方案中候车厅内二氧化碳浓度和空气龄进行数值模拟计算，并进一步对污染源浓度和以空气龄为指标的通风换气效率进行评价，从主要影响层面得到室内[23]空气品质的比较结果。（3）综合分析两种方案的室内微气候指标、PMV/PPD评价指标、室内空气品质指标中的二氧化碳浓度和通风换气次数，

4、得到两个方案的人体舒适性的综合比较结果，用以指导工程中空调系统方案的选择及优化，并对火车站候车厅的空调系统设计提出一些基于人体舒适性考虑的建议。5华中科技大学硕士学位论文2建筑物室内环境的人体舒适性的预测与评价2.1大空间建筑室内环境数值模拟理论基础及方法2.1.1控制方程的选取大空间建筑室内环境的数值模拟是以计算流体力学学科为理论基础的，涉及到气体流动及传热问题，现有的研究基本上都是在服从三个基本守恒定律的基础上，[24-25]通过求解Navier-Stokes方程来解决质量、动量、能量的传输问题。而governingeq

5、uation(流体流动传热控制方程)就是质量守恒定律、动量守恒定律以及能量守恒定[26-27]律的偏微分数学表达方程式组。（1）质量守恒方程【微元体中流体质量的增加】=【流入该微元体的净质量】，质量守恒方程，又称连续性方程的基本表达式如下：（2-1）式中：——流体密度；——流体的速度分量（x方向——u，y方向——v，z方向——w）对于不可压缩流体，方程可以简化为：（2-2）（2）动量守恒方程【微元体中流体动量的增加】=【作用在微元体上各种力之和】，动量守恒方程的在x，y，z三个方向上的基本表达式如下：（2-3）6华中科技大学

6、硕士学位论文（2-4）（2-5）其中，，，是三个动量方程的广义源项，表达式如下：（2-6）（2-7）（2-8）式中：——静压；——流体动力粘度；对于粘性系数为常数的不可压缩流体，，，，方程可以简化为：（2-9）（2-10）（2-11）其中为流体运动粘度。（3）能量守恒方程【微元体内热力学能的增加】=【进入微元体的净热流量】+【体积力与表面力7华中科技大学硕士学位论文对微元体做的功】，能量守恒方程的基本表达式如下：（2-12）式中：——流体导热系数；——流体内热源；——耗散函数；对于不可压缩流体，取为常数，同时忽略表面力流体微

7、元体所做的功，方程可以简化为：（2-13）其中，。（4）通用控制方程从上述质量守恒方程、动量守恒方程以及能量守恒方程三个方程可以看出，关于求解质量、动量、能量三个变量的控制方程均可以表示为【不稳态项】+【对流项】=【扩散项】+【源项】，其实，在流体流动与传热问题中所涉及到的求解变量的控制方程，都可以通过简化表示成如下通用形式：（2-14）式中：——通用变量；——广义扩散系数；8华中科技大学硕士学位论文——广义源项。2.1.2湍流模型的确定现有的计算流体力学软件主要是通过Navier-Stokes方程来求解带热量传递的层[28

8、]流流动的质量、动量、能量的传输问题。对于湍流流动的，相关研究表明，非稳态的Navier-Stokes方程仍然适用于瞬时的湍流运动，目前湍流流动的数值模拟计算方法主要有以下三种方法：（1）直接模拟；（2）大涡模拟；（3）Reynolds时均方程[29-30]法。工程应用中考虑到减少计算机工