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基于数值模拟的体育馆热环境研究

编辑:马勇|郑勤振|蔺世杰|张志勇 单位:武汉体育学院体育工程与信息技术学院,运动干预与健康促进湖北省协同创新中心,国家体育总局体育工程重点实验室|武汉体育学院研究生院

来源:第十届全国体育科学大会发布日期:2015-06-24 16:08:19浏览:155次

1.       研究目的

对于一座现代化的体育场馆,除了体型美观大方、各种体育设施齐备完善以外,还要营造良好的热环境。提供合理热湿环境不仅仅是为了提供满足人体需求,也是合理地使用与节约能源的需要。利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)技术在模拟预测高大空间建筑空调系统的气流组织、热舒适性等方面具有快速、低价、直观、易于模拟实现条件的优点,在引导工程设计方面具有无可比拟的优越性。本文利用CFD技术对大型体育馆空气流动形成的速度场、温度场、湿度场等进行模拟和预测,得到体育馆内空气的速度、温度、湿度等物理量的详细分布情况。由此分析得出大型体育馆热环境基本情况,以及体育馆热环境存在的问题。其研究方法及相关结论将为体育场馆非均匀热环境的评价和最终的优化控制打下基础,具有一定的实用价值。

2.       研究方法

根据体育馆比赛大厅平面图可以得到大厅的空间结构图、内部各工作台的布置图、内部各热源的位置尺寸,窗户位置和尺寸。根据比赛大厅平面和平面图在airpak建模。材料属性及指定热源。采用CFD流体计算AppFLUENT-AIRPAK进行模拟。模拟工况为将位于体育馆西北角的空调箱组风口温度均设置为24,其余位置空调箱的所有风口设置为16不变,所有热源设置为0

3.       结果与分析

根据武汉体育学院体育馆送回风管道布置图与体育馆各送风口模型图可知体育馆的送风口为四周环绕分布,四侧观众席上方均有送风口。以西侧观众席为例,观众席接近送风口的区域温度和速度均大于远离送风口的区域;由于两侧空调箱组温度初始设置不同,因此呈现出左侧温度在16-20之间,右侧温度处于20-24

体育馆底部为一篮球场,该区域室内的整体温度分布均匀,温差很小处于19-21之间,且速度分布均匀,x方向风速处于0-0.5m/s之间,可满足比赛要求。

西观众席出风口位置上方温度在20-24,下方温度在16-20。这是由于位于西北角的空调箱温度初始设置为24,而其他位置空调箱温度为16。该部分区域风速为0.5m/s,这是位于比赛区域上方的出风口位置。

4.       结论

本研究运用CFD技术对武汉体育学院体育馆进行数值模拟分析,得出体育馆不同剖面的温度云图与速度分布图,根据模拟结果以西侧观众席和比赛场地为例进行了详细的热舒适性分析,发现:处于送风口双重影响区域的位置风速较大,影响观众的热舒适性,不能满足观看要求;但四周环绕送风方式可在入场观众较少时通过安排观众集中就坐,来达到节能减排的目的。体育馆比赛区域上方四周环绕式送风形成的速度场分布均匀,处于0-0.5m/s之间,可满足比赛要求。

本次研究仅对西侧看台单一工况进行分析,接下来还需要进行体育馆其他送风口和出风口、春夏秋冬实际热环境全面的模拟分析。另外本研究只分析了体育馆上方送风,未对其他气流组织形式进行模拟研究,如果能加入上送下回、侧送下回等气流组织形式进行模拟,并对各种形式结果做出比较,对于优化体育馆热环境将有更加重要的意义。

致谢:

本文得到了“十二五”国家科技部支撑计划项目(课题编号:2012BAJ02B07)、国家体育总局重点研究领域课题 (课题编号:2014B095)、湖北省建设科技研究(开发)项目(鄂建办[2013]195号)资助。

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