雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流PIV實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬

雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流的PIV實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬學(xué)生：穆延非導(dǎo)師：蘇新軍副教授

律寶瑩副教授目錄Contents123課題的背景和意義PIV實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和測(cè)量方法雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流數(shù)值模擬4總結(jié)2課題的背景和意義等溫自由射流理論1.1等溫自由射流理論是室內(nèi)空調(diào)通風(fēng)氣流組織設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

圓形送風(fēng)口射流示意圖x—由風(fēng)口為起點(diǎn)，到射流計(jì)算斷面的距離(m)；vx—x處射流軸心速度

(m/s)；v0—射流出口速度

(m/s)；a—送風(fēng)口的紊流系數(shù)；do—送風(fēng)口直徑或者當(dāng)量直徑

(m)；主體段規(guī)律3課題的背景和意義課題的內(nèi)容及意義1.2CFD越來越廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)領(lǐng)域，不過仍存在兩大難點(diǎn)，準(zhǔn)確性和可信性。理論基礎(chǔ)薄弱，在應(yīng)用CFD過程中任意設(shè)置求解參數(shù)，將會(huì)出現(xiàn)很多問題，不但會(huì)在工程上造成災(zāi)難，還會(huì)敗壞CFD名聲。利用粒子圖像測(cè)速技術(shù)對(duì)雙層百葉風(fēng)口自由射流流場(chǎng)的過渡段進(jìn)行可視化測(cè)量，并對(duì)ANSYSCFX在不同的求解格式和湍流模型下的模擬結(jié)果做出評(píng)價(jià)。4PIV實(shí)系統(tǒng)和測(cè)量方法

實(shí)現(xiàn)了無接觸測(cè)量，對(duì)流場(chǎng)沒有干擾；PIV能對(duì)瞬態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試；實(shí)現(xiàn)了全場(chǎng)測(cè)量，可以反映整個(gè)流場(chǎng)的流動(dòng)細(xì)節(jié)。5PIV的基本原理2.1PIV實(shí)系統(tǒng)和測(cè)量方法

PIV系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)；示蹤粒子粒子（1~2μm）（油煙）；

跨幀時(shí)間Δt；

風(fēng)口風(fēng)速調(diào)節(jié)（1m/s～6m/s），調(diào)壓器；

流場(chǎng)測(cè)試區(qū)域(300mm×300mm）。6實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹2.2PIV實(shí)系統(tǒng)和測(cè)量方法

葉片垂直出流（張角90°）；測(cè)試區(qū)域?yàn)?000mm，初始段和過渡段；

風(fēng)口風(fēng)速為3m/s。7流場(chǎng)初步測(cè)試2.3XXXXXXXXXXXXXXXX2PIV實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和測(cè)量方法2.3、流場(chǎng)初步測(cè)試

沿射流軸線長(zhǎng)度范圍為600～900mm的流場(chǎng)，最高風(fēng)速為2.3m/s。沿射流軸線長(zhǎng)度范圍為300～600mm的流場(chǎng)，最高風(fēng)速為3.086m/s。沿射流軸線長(zhǎng)度范圍為0～300mm的流場(chǎng)最高風(fēng)速為3.318m/s。8PIV實(shí)系統(tǒng)和測(cè)量方法

9風(fēng)速（2m/s、3m/s、4m/s）;拍攝區(qū)域?yàn)轱L(fēng)口處300mm×300mm。葉片張角為45和90°的流場(chǎng)對(duì)比2.4PIV實(shí)系統(tǒng)和測(cè)量方法

張角90°，最高風(fēng)速為2.09463m/s張角45°,最高風(fēng)速為1.83437m/s102m/s葉片張角為45和90°的流場(chǎng)對(duì)比2.4PIV實(shí)系統(tǒng)和測(cè)量方法

張角45°,最高風(fēng)速為1.83437m/s張角90°，最高風(fēng)速為3.31775m/s張角45°，最高風(fēng)速為2.92604m/s113m/s葉片張角為45和90°的流場(chǎng)對(duì)比2.4PIV實(shí)系統(tǒng)和測(cè)量方法

張角45°,最高風(fēng)速為1.83437m/s張角90°，最高風(fēng)速為4.058m/s張角45°，最高風(fēng)速為3.73173m/s124m/s葉片張角為45和90°的流場(chǎng)對(duì)比2.4PIV實(shí)系統(tǒng)和測(cè)量方法

90°張角風(fēng)口風(fēng)速比45°張角速度大10%。

原因?yàn)?，葉片角度由垂直變?yōu)?5°，局部損失過大。13葉片張角為45和90°的流場(chǎng)對(duì)比2.4雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流數(shù)值模擬

1000mm600mm600mm1000mm進(jìn)口速度邊界，風(fēng)速為3m/s風(fēng)道和葉片為無滑移固體壁面射流邊界為開口邊界，相對(duì)壓力為0pa14幾何模型和網(wǎng)格劃分3.1雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流數(shù)值模擬

15幾何模型和網(wǎng)格劃分3.1經(jīng)過網(wǎng)格無關(guān)解驗(yàn)證雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流數(shù)值模擬

模擬階段特征細(xì)節(jié)前處理模擬模式常規(guī)模擬模擬類型穩(wěn)態(tài)模擬流體類型理想流體域類型單一域湍流模型標(biāo)準(zhǔn)零方程模型、標(biāo)準(zhǔn)

k-ε模型和SST模型邊界條件風(fēng)道入口設(shè)為進(jìn)口邊界，風(fēng)速分別為3m/s風(fēng)道、葉片為無滑移固壁邊界大空間為開口邊界求解格式高精度格式、迎風(fēng)格式時(shí)間尺度自動(dòng)時(shí)間尺度收斂標(biāo)準(zhǔn)殘差為1e-4檢測(cè)點(diǎn)壓力、速度值16模擬特征3.2雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流數(shù)值模擬

17殘差圖和檢測(cè)點(diǎn)值3.3雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流數(shù)值模擬

183.4高精度求解格式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流數(shù)值模擬

19高精度求解格式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比3.4雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流數(shù)值模擬

203.5迎風(fēng)求解格式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比雙層百葉風(fēng)口等溫自由射流數(shù)值模擬

21迎風(fēng)求解格式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比3.4總結(jié)和致謝

通過PIV實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了等溫自由射流理論的軸心風(fēng)速的衰減規(guī)律。改變雙層百葉葉片的張角可以調(diào)節(jié)風(fēng)口的風(fēng)速，45°張角的風(fēng)口