【毕业学位论文】(Word原稿)酒店美容中心气流组织模拟分析-热能与动力工程

南京林业大学 本科毕业设计（论文） 题 目： 酒店美容中心气流组织模拟分析 学 院： 木材工业学院 专 业： 热能与动力工程 学 号： 070403110 学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲师 二 O 一一年 5 月 20 日 酒店美容中心气流组织分析 2 摘 要 本论文是在学习计算流体力学软件 础上，对 酒店美容中心 气流组 模拟 分析 。 美容中心 位于酒店五楼，酒店五 楼为酒店的洗浴区域，包含各种足浴间、按摩间、休息区、果汁吧和美容中心。 该酒店的美容中心面积约 30 平方米，有美容设备和按摩床等装置。空调系统设计采用两套风机盘管，风机盘管的冷量1825 瓦，风量 280m3/h。 利用 件建模、网格划分、计算，模拟室内空气流动状况，得出 美容中心 夏天工况下，空调打开，室内的速度分布 ； 夏天工况下，空调打开，室内的温度分布 ； 计算空调系统设计所选择的 两组风机盘管能否满足设计要求。 关键词： 美容中心 气流分布 温度场 is on on is on s of a of of to he of 酒店美容中心气流组织分析 3 目 录 第一章 概述 . 4 介 . 4 介 . 4 我国美容中心通风状况 . 6 论文工作内容 . 7 第二章 计算流体力学的理论基础 . 8 作步骤 . 8 流体动力学常用控制方程 . 8 质量守恒方程 . 9 能量方程 . 9 动量守恒 . 10 控制方程的离散 . 11 散化目的 . 11 用的离散化方法 . 11 第三章 美容中心气流组织分析 . 12 模型 . 12 整默认房间的大小 . 13 空间中建立墙 . 13 空间里建物体 . 15 造电脑 . 15 造大厅大灯 . 16 造空气入口 . 17 生成网格 . 18 变房屋墙面的网格优先权 . 18 生粗筛 . 18 模型的横截面上，检查粗筛的效果 . 19 生出色的网格 . 19 查新的网格 . 20 开网格显示 . 21 拟计算 . 22 第四章 酒店美容中心通风状况分析 . 23 度场分析 . 24 速分布分析 . 28 结 论 . 29 感 谢 . 30 参考文献 . 30 酒店美容中心气流组织分析 4 第一章 概述 介 英文 算流体动力学）的简称。它是伴随着计算机技术、数值计算技术的发展而发展的。简单地说， 当于 虚拟 地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况。而其基本原理则是把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定得原则和方式建立起关于这些离散点上变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得变量的近似值。 1974 年 先将计算流体动力学 术 应用 于暖通空调工程领域 ,如今 ,可以利用 术模拟预测空调房间内的空气流动 ,进行气流组织设计与分析 。 但是 ,在应用中也存在一些问题 ,如何快速、准确地在模拟预测工程中需要优化比较的大量工况 ， 是其中最为迫切的一个问题 。 是利用 对性比较强，对暖通行业用来解决专业性问题上提供了很好的帮助。采用了模拟室内的大气压力和气流速度的客观的评价方法，用有限体积法的数值模拟对室内 空气流动 的三维湍流现象进行了分析。作为对数学模型的补充，也实际体验了酒店美容中心 的通风环境，即采用了主观的评价方法进行对照。 介 面向工程师、建筑师和设计师的专业应用于 域的软件。它可以准确地模拟通风系统的空气流动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题。使用能够提高设计手段、减少设计风险、降低成本。 建模快速： 基于“ 建模方式，这些“ 括房 酒店美容中心气流组织分析 5 间、人体、块、风扇、通风孔、墙壁、隔板、热负荷源、阻尼板（块）、排烟 罩等模型。另外， 提供了各式各样的 型，以及用于计算大气边界层的模型。 时还提供了与 件的接口，可以通过 件的几何。 自动的网格划分功能： 有自动化的非结构化、结构化网格生成能力。支持四面体、六面体以及混合网格，因而可以在模型上生成高质量的网格。提供了强大的网格检查功能，可以检查出质量较差（长细比、扭曲率、体积）的网格。另外，网格疏密可以由用户自行控制，如果需要对某个特征实体加密网格，局部加密不会影响到其它 对象。 非结构化的网格技术：可以逼近各种形状复杂的几何，大大减少网 格数目，提高模型精度。四面体网格 用来模拟形状极其复杂的形状，从而保证求解精度广泛的模型能力：强迫对流、自然对流和混合对流模型；热传导模型、流体与固体耦合传热模型、热辐射模型；层流、湍流，稳态及瞬态问题。 强大的解算功能：求解器 球最强大的 算流体动力学）求解器。有限体积方法 ( 结构化与非结构化网格的求解器。并行算法，能够实现 网络并行，强大的可视化后 置处理面向对象的、完全集成的后置处理环境，可视化速度矢量图、温度（湿度、压力、浓度）等值面云图、粒子轨迹图、切面云图、点示踪图等， 图片 可以通过以下格式输出到文件： 式，动画可以存成 格式的多媒体文件。 强大的报告和可视化工具： 供了强大的数值报告，可以模拟不同空调系统送风气流组织形式下室内的温度场、湿度场、速度场、空气龄场、污染物浓度场、 、 等，以对房间的气流组织、热舒适性和室内 空气品质(行全面综合评价。使您更方便地理解和比较分析结果。您可以看到速度矢量、云图和粒子流线动画等。它可以实时描绘出气流运动情况。 设计性能评估：后处理还包括产品设计性能的评估，气流、温度、湿度分布、舒适度、压力等参数。 酒店美容中心气流组织分析 6 我国美容中心通风状况 一 酒店美容中心 通风状况介绍： 近来我国酒店美容中心 一般采用一次回风系统。特点如下：一次回风系统属于集中式空调系统出现最早、最基本、最典型的空调系统。主要特征为：回风与新风在热湿处理设备前混合，适用于送风温差可取较大值时或室内散湿量较大时。 一次 回风系统的优点 ： 1) 设备简单，节省最初投资； 2) 可以严格的控制室内温度和相对湿度； 3) 可以充分进行通风换气，室内卫生条件好： 4) 空气处理机组集中在机房内，维修管理方便； 5) 可以实现全年多工况节能运行调节； 6) 使用寿命长； 7) 可有效的采取消声和隔振措施； 一次回风系统的缺点 ： 1) 机房面积达，风道断面大，占用建筑空间多； 2) 风管系统复杂，布置困难； 3) 一个系统供给多个区域，当区域负荷变化不一样时，无法进行精确调节； 4) 空调房间之间有风管连通，使各房间相互污染； 5) 设备与风管安装量较大，周期较长。 二 置换通风 酒店美容中心 还可以使用这样的通风方式 种送风方式与传统的混合通风方式相比较，可使室内工作区得到较高的空气品质、较高的热舒 酒店美容中心气流组织分析 7 适性并具有较高的通风效率。 1978年德国柏林的一家铸造车间首次采用了置换通风系统，从这以后，置换通风系统逐渐在工业建筑、民用建筑及公共建筑中得到了广泛的应用。特别是在北欧斯堪的纳维亚国家，现在大约 50的工业通风系统采用了置换通风系统，大约 25的办公室通风系统采用了置换通风系统。在中国，也有一些工程开始采用置换通风系统，并取得了一些令人满意的结果。 置换通风以低速在房间 下部送风，气流以类似层流的活塞流的状态缓慢向上移动，到达一定高度受热源和顶板的影响，发生紊流现象，产生紊流区。气流产生热力分层现象，出现两个区域：下部单向流动区和上部混合区。空气温度场和浓度场在这两个区域有非常明显的不同特性，下部单向流动区存在一明显垂直温度梯度和浓度梯度，而上部紊流混合区温度场和浓度场则比较均匀，接近排风的温度和污染物浓度。因此，从理论上讲，只要保证分层高度在工作区以上，首先由于送风速度极小且送风紊流度低，s，不产生吹风感；其次，新鲜清洁空气直 接送入工作区，先经过人体，这样就可以保证人体处于一个相对清洁的空气环境中，从而有效地提高了工作区的空气品质。这种通风形式不再完全受送风的动量控制而主要受热源的热浮升力作用，热污染源形成的烟羽因密度低于周围空气而上升。烟羽沿程不断卷吸周围空气并流向顶部。如果烟羽流量在近顶棚处大于送风量，根据连续性原理，必将有一部分热浊气流下降返回。因此在顶部形成一个热浊空气层。根据连续性原理，在任一个标高平面上的上升气流流量 此必将在某一个平面上烟羽流量 好等于送风量 该平 面上回返空气量等于零。在稳定状态时，这个界面将室内空气在流态上分成两个区域，即上部紊流混合区和下部单向流动清洁区。 论文工作内容 本论文是在学习计算流体力学软件 对 酒店美容中心 气流组织模拟分析。 美容中心 位于酒店五楼，酒店五楼为酒店的洗浴区域，包含各种足浴间、按摩间、休息区、果汁吧和美容中心。 利用 格划分、计算，模拟美容中心的 空气流动，得出 该中心 的速度分布、温度分布。 已知出风 酒店美容中心气流组织分析 8 口和回风口分布位置的情况下解决 :夏天工况下，空调打开，室内的速度分布夏天工况下，空调 打开，室内的温度分布 计算空调系统设计所选择的两组风机盘管能否满足设计要求。 具体内容如下 ： 建立模型 ； 划分网格 ； 输入边界条件 ； 进行迭代计算，得出风速分布 ； 对现在情况进行分析，并与实际测量结果进行比较分析 。 第二章 计算流体力学的理论基础 计算流体动力学 (是通过计算机数值计算和图像现实 , 对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。基础思想可归结为 : 把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场 , 如速度场和压力场 , 用一系列有限个离散 点上的变量值的集合来代替 , 通过一定的原则和方法建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组 , 然后求解代数方程组获得场变量的近似值 . 作步骤 作步骤 ： （ 1） 建立反映工程问题或物理问题本质的数学模型。 （ 2） 寻求高效率，高准确度的计算方法，即建立针对控制方程的数值离散化方法，如有限差分法，有限元法，有限体积法等。 （ 3） 编制程序和进行计算。 （ 4） 显示计算结果。 流体动力学常用控制方程 任何流体都要受到物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括： （ 1） 流体质量守恒。 （ 2） 流体粒子的能量变化率等于对粒子加热和做功的速率之和（热力学 酒店美容中心气流组织分析 9 第一定律）即能量守恒。 （ 3） 流体粒子的动量变化率等于它受到的合外力（牛顿第二定律）即动量守恒。 质量守恒方程 流体元的质量的增加率是和不可压缩流体质量方程： 能量方程 能量守恒定律是包含有热交换的流动系统必须满足的基本定律。该定律可表述为：微元体中能量的增加率等于进入微元体的净热流量加上体力与面对微元体所做的功，我们可等到以温度 T 为变量的能量守恒方程（ ： T ) d i v ( i v g r a d T () ( u = ) （ 其中， 比热容， T 为温度， k 为流体的传热系数， 流体的内热源及由于粘性作用流体机械能转换为热能的部分，有时简称 粘性耗能项。 式（ 简称为能量方程（ 。 综合各基本方程式，发现 u,v, ,w,T 和 p 六个未知量，还需补充一个联系的状态方程（ ,方程组才能封闭 ;即： p p T( , ) 酒店美容中心气流组织分析 10 该状态方程对理想气体有： p （ R 是摩尔气体常数） 为了便于对各控制方程进行分析，并用同一程序对各控制方程进行求解，现建立各基本控制方程的 通用形式。 比较以几个控制方程，可以看出，尽管这些方程中因变量各不相同，但他们均反映了单位时间单位体积内物理量的守恒性质。如果用 表示通用变量，则上述各控制方程都可以表示成以下通用形式： () ( ) ( )d i v u d i v g r a d （ 其展开形式为： ( ) ( ) ( )x x y y z z （ 动量守恒 牛顿第二定律指出：流体粒子的动量变化率等于作用于流体粒子的外力之和。流体粒子单位体积的 置流体粒子在 x 方向的动量变化率等于作用在流体元的 x 方向合力，即表面应力加上源项在 x 方向的动量增加率，得到 动量方程的 x 分量式 ： （ 容易证明，动量方程的 y 分量式为 ： 酒店美容中心气流组织分析 11 （ 动量方程的 z 分量式为 ： （ 压强的符号于法向粘性应力符号相反。因为通常的惯例是以拉应力为正法向应力，所以定义为压缩法应力的压强有负号。 控制方程的离散 散化目的 目前多数 件使用有限体积法，所以我们讨论的离散及数值求解方法全部基于有限体积法。对于在求解域内所建立的偏微分方程，理论上是有真解的，但是，由于所处理的问题自身的复杂性，如复杂的边界条件，或者方程自身的复杂性等，造成很难获得方 程的真解，因此，就需要通过数值的方法把计算域内有限数量位置（即网格节点）上的 因变量值当作基本未知量来处理，从而建立一组关于这些未知量的代数方程，然后通过求解代数方程组来得到这些节点值，而计算域内其他位置上的值则根据节点位置上的值来确定。这样，偏微分方程定解问题的数值解法可以分为两个阶段。首先，用网格线将连续的计算域划分为有限离散点（网格节点）集，并选取适当的途径将微分方程及其定解条件转化为网格节点上相应的代数方程组，即建立离散方程组；然后，在计算机上求解离散方程组，得到节点上的解。节点之间的近似解，一般认 为光滑变化，原则上可以应用插值方法确定，从而得到定解问题在整个计算机领域上的近似解。这样，用变量的离散分布近似解代替了定解问题精确解的连续数据，这种方法称为离散近似。可以预料，当网格节点很密时，离散方程的解将趋于相应微分方程的精确解。 用的离散化方法 1 有限差分法 酒店美容中心气流组织分析 12 有限差分法（ 称 数值解法中最经典的方法。它是讲求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域，然后将偏微分方程（控制方程）的导数用差商代替，推导出含有离散点上有限 个未知数的差分方程组。求差分方程组（代数方程组）的解，就是微分方程定解问题的数值近似解，这是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法。 2 有限元法 有限元法（ 称 有限差分法都是广泛应用的流体动力学数值计算方法。将问题的控制方程转化为所有单元上的有限元方程，把总体的极值作为各单元极值之和，即局部单元总体合成，形成嵌入了指定边界条件的代数方程组，求解该方程组就得到各节点上待求的函数值。 3 有限体积法 有限体积法（ 称 近年发展非常迅速的一种离散化方法，其特点是计算效率高。从积分区域的选取方法看来，有限体积积分法属于加权全量法中的子域法，从未知解的近似方法看来，有限体积属于采用局部近似的离散方法。简言之，子域法从未知解的近似方法看来，有限体积法属于采用局部近似的离散方法。即子域法加离散，就是有限体积法的基本方法。 第三章 美容中心气流组织分析 本文的内容是： 美容中心 位于酒店五楼，酒店五楼为酒店的洗浴区域，包含各种足浴间、按摩间、休息区、果汁吧和美容中心 。 利用软件模拟该 美容中心气流组织 分析 空调系统设计所选择 的两组风机盘管能否满足设计要求 。 模型 打开 定一个命名，选定一个 后打开 ,然后选择接受，会创造一个默认的 10m 3m 10间 ,这个房间我们可以用鼠标左键来对它进行旋转 ,也可以用鼠标中间的键转动它的任意点。 在 单里点 酒店美容中心气流组织分析 13 击 纽 , 从 下拉菜单里选择 以把刚才的图形恢复到默认的位置。 更改整个空间的气体种类 ,打开理想气体边界线 ， 先选择 选择 接下来选择 后点击 会打开 制面板 建造一个模型 ， 首先可以调整房子到合适的尺寸 ， 然后就可以创建房子的特征 ,包括人、电脑、灯、桌子、通风口、散热器、隔离物以及墙壁等 。 整默认房间的大小 首先选择 后再选择 入如下的一些数据 0， 0， 0） 3， 图（ 空间中建立墙 点击 们以外墙 4为例， （图 点击 在对话框中输入 S,0， E( 酒店美容中心气流组织分析 14 3， 壁厚 部温度 25度。其它的墙壁以此类推。 图（ 酒店美容中心气流组织分析 15 图（ 空间里建物体 击 图 建一个 按摩床 ，输入以下 S, E, 其它的，以此类推，建服务台，椅子 。 造电脑 图 入如下的一组数据 设置 酒店美容中心气流组织分析 16 X Z,S, 0W，在，点击 新参数值 造 大厅大灯 点击 板上的 选定 制定位置，在 c,285)，功率是 100瓦。 图（ 酒店美容中心气流组织分析 17 造空气入口 击 板上的 后需要改变它的位置以及尺寸，把它放到合适的位置，另外还要更改温度和空气流动的数据 。 在 改变 输入如下的数值 ： 图（ 酒店美容中心气流组织分析 18 下图是图（ 个 美容中心 建好的图型 。 图（ 生成网格 在第三步里将会产生网格，首先将要修改网格生成的顺序，然后将会创造出粗筛，对其 检查，产生更深一层的精细网格，最后要求通过仔细观察选择出所需的网格。 变房屋墙面的网格优先权 首先需要改变屋子里物体的次序，把与物体接触的墙面和其他的墙面区分开来，给天花板、外墙、内墙、定义为 0。 生粗筛 点击在 酒店美容中心气流组织分析 19 值。取消选定 后点击 生粗筛。 模型的横截面 上，检查粗筛的效果 在 板就会出现网格显示工具，打开 (定义为 (2, 0, 0)，给 (定义为 (1,0, 0)。这些设置在网格显示时将会通过在 的点 (2, 0, 0)。打开 格显示平面将会与天花板垂直 ，并且与 电脑以及桌子连在一起。点 边的 +或者 改变网格的切割位置。 生出色的网格 在 板的顶部选择 板将会再次显示网格生成工具。点击在面板底部的 图 。 会更新默认的网格参量，打开 他们定义数值为 变 。 点击 钮，生成优质的网格。 酒店美容中心气流组织分析 20 图（ 查新的网格 为了显示新的网格，已显示的图像将会被自动更新，也可以使用 +或者 按钮来改变网格的切割部 位来观察网格 （图 。 酒店美容中心气流组织分析 21 图（ 开网格显示 选择 板顶部上的 击 在图中美容中心中的空间被划分成若干个小格用于模拟计算，计算出该模型中的能量，速度，连贯性的收敛程度，得出模型是否合理。 酒店美容中心气流组织分析 22 图（ 显示完成后， 选择 板顶部上的 消 拟计算 运用迭代算法计算 ， 使该问题 中 的 且其它 可变场都达到 1数值收敛到一定值时计算结束。该模拟运算成功。 酒店美容中心气流组织分析 23 图（ 第四章 酒店美容中心 通风状况分析 此次论文是要 通过 酒店美容中心 的气流组织式样以及房间里的能量 资源的散热情况 ,检查房间的通风 状况，可以通过 拟图像检查解决问题，通过温度场，风速度的分析得出模型的合理性。 酒店美容中心气流组织分析 24 度场分析 该模型的计算条件是室 外温度 36度 ，靠近室外的墙体 温度 36度， 。中心 屋顶墙体温度 25度， 美容中心内部 墙体 25度。 图（ 图 （ 是 看出在大门右侧 与墙壁的角落温度较高是 因为在那里空气 流通 不畅。大门左侧部分靠近热源的地方温度也相对较高 。 图（ 在图（ 我们可看出有人的地方温度较高达到 28度，房顶 酒店美容中心气流组织分析 25 靠近热源处温度较高达到 35度，靠近出风口温度较低，只有 20度 。 图（ 在图（ X 轴 ,我们看出在 靠近室外墙体 的 底部 温度较高， 是由于通风不畅造成的 。 图（ 图 （ Y 轴 ,从图中看出在 热源 处的温度较高达 29 度 ， 进风口处温 酒店美容中心气流组织分析 26 度较低，只有 22 度。靠近室外墙体的墙角由于 通风不畅温度较高 。 图（ 图 （ 可以看出除靠近室外墙体交界面温度较高 外，保持在 24度左右，温度适中。 图（ 图 （ Z 轴 ,外墙温度较低，主要是靠近进风口，房间内温度 26 酒店美容中心气流组织分析 27 度属于正常 ，靠近室外墙体温度较高。 图（ 图 （ Z 轴 11 米 ,人体的散热较高，周围较热，温度达到 30 度 。 图（ 图 （ Z 轴 ,热源附近的温度较高，周围较热，达到 30 度。大门的温度由于通风效果温度正常 。 酒店美容中心气流组织分析 28 速分布分析 图（ 在这张图 （ ,上我们明显看出 美容 中心靠近风口部位风速较高，气流顺畅达 秒。 图（ 图 （ 我们看出在出风口进风口气流较强，特别在进风口速度达到 1米 /秒。 酒店美容