一种基于场协同原理的地下建筑对流传热传质数值分析方法技术

本发明专利技术属于地下建筑通风与空气调节技术领域，尤其涉及一种基于场协同原理的地下建筑对流传热传质数值分析方法。该方法根据所研究地下建筑区域的实际尺寸，建立地下建筑的几何模型，并具体设置流体属性：对于室内湿空气，主要定义密度、温度和湿度，组分模型选用O2+watervapor，设置定压比热容为常数；设置边界条件：送风口主要设置进气速度、温度、湿度，排风口设置为outflow边界；壁面边界条件主要设置密度、导热系数、温度、热通量、散湿量；电梯边界条件主要设置热通量，车站人员边界条件主要设置温度、散湿量；实现对地下建筑的对流传热传质过程的分析，帮助研究者更好的掌握内部流场、温度场和湿度场的特点。温度场和湿度场的特点。温度场和湿度场的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于场协同原理的地下建筑对流传热传质数值分析方法


[0001]本专利技术涉及地下建筑通风与空气调节
，尤其涉及一种基于场协同原理的地下建筑对流传热传质数值分析方法。

技术介绍

[0002]随着城市规模不断扩大，城市不同程度地出现建筑用地紧张、生存空间拥挤、交通阻塞、基础设施落后等问题。在土地资源紧张的今天，人们通过不断开发地上或地下空间资源来解决这些问题，促进城市的可持续发展，开发利用城市地下空间是拓展城市空间、促进城市可持续发展的重要途径；也是提升城市功能、建设资源节约型、环境友好型社会的迫切需要。正因为城市地铁、地下停车场、地下商场、地下仓库等地下工程的不断发展，人们对地下工程内部的环境质量要求也越来越高。
[0003]但是，由于地下工程受到岩石、土壤的包围,空间封闭，通风率低，容易造成潮湿、空气不新鲜、噪音大和照度不足等问题，特别是地下工程的潮湿问题对工程的正常使用影响很大，潮湿的外部空气在建筑物与土壤接触的墙壁上会被冷却，造成地下空气的相对湿度过高，使人感到不舒服。因此，为了更好地利用地下空间，需要对地下空间内热湿环境进行分析。然而，试验测取数据的方式周期长、难度大、成本高，导致研究者不能更好的掌握内部流场、温度场和湿度场的特点。
[0004]为此，本专利技术创造了一种基于场协同原理的地下建筑对流传热传质数值分析方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了优化现有地下建筑空调系统，使空调设计更加合理人性化，而提出的一种基于场协同原理的地下建筑对流传热传质数值分析方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采用的的技术方案为：
[0007]一种基于场协同原理的地下建筑对流传热传质数值分析方法，包含以下步骤：
[0008]S1：根据所研究地下建筑区域的实际尺寸，建立地下建筑的几何模型；
[0009]S2：对建立的几何模型网格划分；
[0010]S3：将合理划分的网格模型导入响应求解器中；
[0011]S4：设置与之对应的数值计算模型；
[0012]S5：设置流体属性：对于室内湿空气，主要定义密度、温度和湿度，组分模型选用O2+water vapor，设置定压比热容为常数；
[0013]S6：设置边界条件：
[0014]送风口主要设置进气速度、温度、湿度，排风口设置为outf l ow边界；
[0015]壁面边界条件主要设置密度、导热系数、温度、热通量、散湿量；
[0016]电梯边界条件主要设置热通量，车站人员边界条件主要设置温度、散湿量；
[0017]S7：设置离散格式、数值求解方程和收敛参数控制；
[0018]S8：初始化并进行求解；
[0019]S9：进行速度场、温度场以及湿度场的场协同计算；
[0020]S10：后处理查看计算结果。
[0021]进一步地，所述S7步骤中，压力项选用重力权重方法，压力速度耦合采用压力场间接通过连续性方程决定，能量、动量以及组分均采用一阶迎风差分格式。
[0022]进一步地，所述S8步骤中，对于模型流体的求解，在动量方程离散形式的求解过程中考虑松弛因子，不同变量用不同的松弛因子，并设置每个变量的收敛标准。
[0023]进一步地，所述S9步骤中，
[0024]速度场、温度场与湿度场的协同角公式表示如下：
[0025][0026]式中，V为流体速度矢量；δH,x为焓值边界层厚度；H为焓值；q
w
为通过换热面总的热流。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：数值分析方法不仅具有周期短、花费低、效率高的特点，而且可以得到大量信息，有助于地下建筑对流传热传质的深入研究，同时，基于场协同原理对地下建筑内部速度场、温度场及湿度场的场协同计算，可以定量地分析地下建筑的传热传质耦合情况，为空调系统设计提供更为精确的数据依靠，使设计合理人性化。
附图说明
[0028]图1是本专利技术方法的流程图。
具体实施方式
[0029]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案作进一步的详细描述，所描述的实施例中仅仅是本专利技术的一部分实施例，并不是全部的实施例。
[0030]按照图1的流程图，介绍本专利技术的具体实施方式：
[0031]1、建立一地铁站的几何模型：
[0032]所建模型总层数2层，站厅尺寸为134m
×
23m
×
4m，由60个人、两部进站闸机、自动扶梯入口、12个进风口、6个出风口组成。站台尺寸为134m
×
11m
×
4m，由80个人，2部自动扶梯，1部电梯，26个进风口，10个出风口组成。
[0033]站厅壁面及站台的地板、壁面均为被覆，被覆材料为花岗岩，壁面散湿1.5g/m2
·
h,密度为3
×
103kg/m3,导热系数为3.6W/m2
·
℃,地层及壁面表面温度为25℃。初始参数：温度35.5℃，湿度60％。
[0034]采用上送上排的通风方式，站厅层送风口速度为0.57m/s，站台层送风口速度为0.35m/s，送风参数：温度21℃，湿度65％。室内设计参数：温度27℃，湿度50％，含湿量11g/kg。单人、送风口、出风口的模型尺寸和散热量如表格所示：
[0035][0036]在I CEM中根据该地铁站台的实际尺寸建立三维几何模型，采用I CEM相应的模块进行建模，对自动扶梯及电梯进行相应简化，站厅人员部分15人为一整体建模，站台人员部分8人为一整体建模。照明灯、广告牌及指示牌进行简化布置于各层顶层。人体简化为矩形块，热负荷布置于侧面，湿负荷布置于顶面。
[0037]2、对建立的几何模型进行边界定义及网格划分：
[0038]将地面、壁面、自动扶梯、电梯、人员所代表的边界进行定义，对整体流体域建块，进行整体线映射，再针对各part进行块分割，单独线映射，为提高网格质量，保证设置网格尺寸在0.2左右，先预览网格，进行预网格质量检查，Determinant 2x2x2在0.2以上可用于计算，本模型网格质量均在0.35以上，由于面与面之间网格尺寸不一致，导致个别网格质量为0.35，大部分在0.8以上，Angle在30
°
以上可用于计算，本模型都在45
°
以上，因此可进行正常计算，再次检查无误后生成六面体结构网格。
[0039]3、将划分好的网格导入求解器：
[0040]将产生的msh文件导入FLUENT求解器中，检查模型无误。
[0041]4、设置数值计算模型：
[0042]该地铁模型内空气流动是对流传热传质的湍流过程。对于该地铁内空气流动过程的数值模拟，可以采用基本守恒方程进行数学描述，通过对基本守恒方程的数值求解来模拟地铁内空气对流传热传质的实际过程，从而为已建工程提供改进方案，为未建工程提供可靠数据及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于场协同原理的地下建筑对流传热传质数值分析方法，其特征在于，包含以下步骤：S1：根据所研究地下建筑区域的实际尺寸，建立地下建筑的几何模型；S2：对建立的几何模型网格划分；S3：将合理划分的网格模型导入响应求解器中；S4：设置与之对应的数值计算模型；S5：设置流体属性：对于室内湿空气，主要定义密度、温度和湿度，组分模型选用O2+watervapor，设置定压比热容为常数；S6：设置边界条件：送风口主要设置进气速度、温度、湿度，排风口设置为outflow边界；壁面边界条件主要设置密度、导热系数、温度、热通量、散湿量；电梯边界条件主要设置热通量，车站人员边界条件主要设置温度、散湿量；S7：设置离散格式、数值求解方程和收敛参数控制；S8：初始化并进行求解；S9：进行速度场、温度场以及湿度场的场协同计算；S10...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄泽茂，屈长杰，樊航，鱼晟睿，乔小博，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：