大空间水平射流在多股热羽流作用下的运动机理研究

室内热源形成的热羽流对空调送风射流的干扰，在大空间建筑内十分突出，以单纯射流理论为基础的常规气流组织设计方法难以反映热羽流对送风射流的影响。水平射流受垂直方向多股热羽流影响的问题，在多种空调环境中特别是大空间分层空调环境中普遍存在。本项目将围绕水平射流与垂直方向多股热羽流耦合问题展开机理分析、理论研究和实验研究，建立能够反映热羽流影响的射流轨迹方程，提出考虑热羽流作用时空调送风射流气流组织计算方法。主要研究内容有：1）分析水平射流与垂直多股热羽流耦合机理，建立多股热羽流作用下射流轨迹方程；2）利用液体示踪实验和实验室搭建实验台完善和修正所建模型；3）利用大空间建筑实验基地现场实测多处点源或平面热源作用时的射流轨迹，进一步完善所建数学方程；4）结合所建模型、数值计算、现场实测等方法研究受多股羽状流作用时的射流特性、主要影响因素及规律；5）提出考虑热源作用时的送风射流气流组织应用模型。

项目进行了如下研究内容：1)多股热羽流作用下大空间水平射流运动机理系列模型:(1)羽流与射流相遇时间与相遇面;(2)羽流与射流相互作用参数;(3)多股等羽流以及不等羽流作用下的射流无因次轨迹方程。2)大空间喷口射流液态模型实验台，包括冷射流、热羽流、环境空间3个系统。完成了对多股冷射流、多股热羽流及冷射流与热羽流的相互运动进行实验研究。3)从微观角度上分析了射流初始速度对射流卷吸运动的影响:(1)利用液态模型实验台获取大空间圆形喷口射流卷吸运动的涡量场信息和速度矢量场信息，开发特征正交分解(POD)方法对获取的流场信息中的相干结构和能量分布进行提取;(2)利用示踪气体法在喷口射流模型实验台上展开实验，获得射流卷吸运动沿程卷吸量和卷吸系数的变化规律;4)大空间下送中回盐水模型实验台，包括下送风系统、热羽流系统、盐水循环利用控制系统和电气控制系统，以及热羽流和下送风末端的设计，对比原型与盐水模型垂直密度分布转换的垂直温度分布。实验结果表明，实验台数据稳定可靠;5)针对大空间气流组织液体模型实验台的粒子图像测速技术(PIV)二次开发，解决了如下问题:示踪粒子与流体速度幅值比对流场测试影响修正、示踪粒子时滞时间和沉降速度对流场测试影响修正、激光脉冲时间间隔、双脉冲激光与CCD相机工作时序、双脉冲激光强度。项目的研究成果为后续在大空间热环境研究领域的研究工作奠定了良好的理模型基础和实验条件。项目建立了一系列机理模型和液态、气态3台模型试验台。其中:1)多股热羽流作用下的大空间水平射流运动机理系列模型发表在SCI-E期刊上;2)多股喷口射流与热羽流液态模型实验台，首先将大空间建筑缩尺在液态实验台上，解决了实验台箱体承压、自然对流与机械流动相似同步性的技术难题(专利：CN102589835B);3)下送中回气流组织液态模型实验台，与喷口射流实验台联合构成了大空间多种气流组织液态模型实验平台，加配盐水循环利用控制系统和电气控制系统，解决了盐水回收、循环利用与稳态工况模型的技术难题(发明专利：2014101601246);4)为大空间多种气流组织液体模型实验平台，对粒子图像测速技术(PIV)进行了针对大空间气流运动特征的二次开发;5)提出采用示踪气体法，配套特征正交分解(POD)方法对大空间喷口射流卷吸运行的相干结构和能量分布进行微观解析(发明专利：2014101710027)。