【摘 要】
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热风供暖具有热响应快、调节灵活的特点,是高原地区建筑供暖的主要方式之一。相比于平原地区的常压大气环境,高原地区具有空气稀薄、环境大气压力低的特点,这些高原特殊环境条件对热风供暖气流流动轨迹、供暖室内温度分布如何影响,以及相关气流组织设计计算是否发生变化,尚需深入研究。本文首先分析了高海拔地区气候特性以及空气热物性参数随气压的变化规律;建立了低气压条件下室内热风供暖房间的流动及传热数学模型,通过在高
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目"低负荷时段间歇运行中小学采暖建筑热过程及负荷特性研究"(No.51676468); 国家自然科学基金区域联合重点项目(U20A20311)"高原藏区零能耗宜居建筑设计理论与关键技术研究";
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热风供暖具有热响应快、调节灵活的特点,是高原地区建筑供暖的主要方式之一。相比于平原地区的常压大气环境,高原地区具有空气稀薄、环境大气压力低的特点,这些高原特殊环境条件对热风供暖气流流动轨迹、供暖室内温度分布如何影响,以及相关气流组织设计计算是否发生变化,尚需深入研究。本文首先分析了高海拔地区气候特性以及空气热物性参数随气压的变化规律;建立了低气压条件下室内热风供暖房间的流动及传热数学模型,通过在高原低气压环境下的实验测试,验证数值计算模型。对不同气压条件下室内气流流速及温度分布进行数值模拟,掌握不同气压条件对热风供暖房间气流流动轨迹偏移规律、室内温度分布规律以及无量纲速度及温度衰减规律的影响;进而,在低气压条件下,通过不均匀系数、能量利用系数等指标,分析不同送风方式、不同送风参数对室内气流特征及温度分布规律的影响,研究过程和主要结论如下:(1)气压条件对热风供暖气流流动特征影响规律:通过对不同气压条件下的射流速度分析可得,随着大气压力的降低,在相同送风温度和速度下,对于水平射流房间,水平方向的速度扩散几乎不受大气压力的影响,而垂直速度由于浮升力的作用,随着大气压力的降低,射流向上弯曲程度越明显。对于垂直向下的射流,大气压力越低,浮升力越大,初始射流向下运动的阻力越明显,射流速度衰减越快。(2)气压条件对热风供暖室内温度分布影响规律:通过对不同气压条件下的室内温度分布分析可得,在相同送风温度和速度下,随着大气压力的降低,水平射流和垂直射流房间内整体温度均减小。对于顶送下回供暖方式下的垂直射流,随着大气压力的降低,房间温度梯度更加明显,上下温差增大,大气压力为57.71k Pa下的房间垂直温差比常压下房间垂直温差高2.5K。(3)不同送风方式及送风参数对低气压环境下热风供暖室内环境的营造效果:改变热风供暖送风方式、送风速度和送风温度,通过不均匀系数以及能量利用系数等指标分析低气压环境下送风方式及送风参数对室内气流速度及热环境的影响。对于低气压环境下,热风供暖房间在送风参数一定时,顶送下回供暖方式下的室内热环境的营造效果较好,该方式下的能量利用系数最高为1.1,速度不均匀系数最低为0.6;增大送风速度,低气压条件下的热风供暖房间稳定后工作区平均温度增大,温度分布更加均匀,能源利用率也相应提高;增大送风温度,供暖房间稳定后工作区平均温度增大,但房间垂直方向的温度梯度也增加,房间垂直温差增大,能量利用率减小;低气压条件下,送风速度的变化对室内气流流动及热环境产生的影响比送风温度变化产生的影响更加明显,增加送风速度,不仅可以提高工作区的平均温度,同时可降低房间垂直温差,提高能量利用率。本文通过数值模拟和实验验证的方法,研究了气压条件对室内气流流动特性及温度分布特征的影响,并分析了送风方式及送风参数对低气压环境下室内的流动及热环境的营造效果,掌握了高原低气压环境下的热风供暖规律,为高原低气压环境下热风供暖设计提供理论和实际指导。
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