具有强热源的工业建筑中局部工位微环境调控机理研究

Local ventilation is energy saving. The air supply system is a suitable way to control the micro-environment of local workplace with in large industrial buildings because of the enhancement of the work environment and the decrease of energy consumption. Intensive heat sources are often existed in the industrial buildings. The features of the flow pattern caused by the forced convection by the local ventilation and the free convection by the human body and the heat source are not clear, thus the applications are limited. In this study a physical and mathematical model of local ventilation system with typical heat source is determined. The features of the heat and mass transfer are analyzed. Field synergy equation of the local ventilation system is established, and obtaines the strengthening and weakening mechanism of heat and mass transfer. Heat and mass transfer is optimized in the mixted convection. The final objective of the current project is to provide certain theoretical basis for the local micro-environment control, and provide the foundation and support for the application of the local air supply system.

局部通风是一种节能的通风方式，对于高大工业建筑，尤为适宜采用局部送风方式对工人工作区进行重点控制，可以有效改善工人作业环境、降低能耗。在工业建筑中，经常存在高强度热源，由热源引起的自然对流、人的热羽流以及局部送风强迫对流耦合作用下的气流规律特性尚不明晰，限制了局部送风系统在工业建筑中的应用。本研究拟建立工业建筑中具有典型热源的局部通风系统的物理数学模型，获得局部送风强迫对流、人体热羽流和热源自然对流耦合作用下的混合对流的流动规律及其传热传质特性；建立局部微环境的场协同方程，获得传热传质强化与弱化的机理，得到匹配的速度场、温度场和浓度场，寻求实现最优匹配的边界条件，指导局部送风参数和末端装置结构的优化；为局部微环境控制提供一定的理论基础，为局部送风系统在工业建筑中的应用提供参考依据。

局部通风是一种节能的通风方式，对于高大工业建筑，尤为适宜采用局部送风方式对工人工作区进行重点控制，可以有效改善工人作业环境、降低能耗。在工业建筑中，经常存在高强度热源，由热源引起的自然对流、人的热羽流以及局部送风强迫对流耦合作用下的混合流动规律有助于局部送风系统在工业建筑中的推广与应用，本研究建立了工业建筑中具有典型热源的局部通风系统的物理数学模型，获得局部送风强迫对流、人体热羽流和热源自然对流耦合作用下的混合对流的流动规律及其传热传质特性，发现了混合对流的流动特征，揭示了其相应的流动机理，指出了对工作区优化控制的方向；大温差将引起空气密度的显著变化，密度模型的选择，对准确预测具有高温热源的混合对流具有十分重要的意义，研究了在混合对流中，理想不可压缩密度模型与Boussinesq近似密度模型的适用性，并给出了Boussinesq近似密度模型的适用条件，研究为高温环境的准确预测，提供可靠的物性参数模型，研究工作对于非等温建筑环境，特别是对工业建筑高温环境特性与通风控制研究，具有重要的基础理论价值，其结果有助于提高高温环境气流组织模拟计算的精确性，实现工业建筑环境通风控制精细化设计；传统上示踪法用示踪剂标记空气来区分建筑物中的送风和室内空气，研究提出消除示踪误差的自标识法，给出了自标识法的原理、控制方程、精度和工程应用与意义，基于自标识法获得了在等温条件下，示踪气体误差随示踪气体浓度的增加或流场速度的减小而增大，并对对示踪气体误差进行了动力学机理分析，表明在等温条件下附加浓度浮力引起示踪气体误差。项目拓展了混合对流基础理论，完善了高温下物性参数模型适用性，提出了区分同质但不同来源流体的计算方法，为局部微环境控制奠定了一定的理论基础，为局部送风系统在工业建筑中的应用提供了一定的参考依据。