【摘 要】
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小微舱体睡眠空间因适应性强、占地面积小、便捷、经济、低碳等优点广泛应用于各个行业,如胶囊酒店睡眠舱、户外旅居露营舱、农舍养殖舱等等。而在舱体式睡眠环境创建过程中,常以机械送风方式改善舱内环境以满足热舒适性和空气品质要求。但是区别于普通建筑睡眠环境,因睡眠舱空间受限以传统送风方式改善舱内环境存在以下三点问题:(1)狭小空间限制送风射流的充分发展;(2)送风口位置受限,舱内人员距离送风口距离较近时极易
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小微舱体睡眠空间因适应性强、占地面积小、便捷、经济、低碳等优点广泛应用于各个行业,如胶囊酒店睡眠舱、户外旅居露营舱、农舍养殖舱等等。而在舱体式睡眠环境创建过程中,常以机械送风方式改善舱内环境以满足热舒适性和空气品质要求。但是区别于普通建筑睡眠环境,因睡眠舱空间受限以传统送风方式改善舱内环境存在以下三点问题:(1)狭小空间限制送风射流的充分发展;(2)送风口位置受限,舱内人员距离送风口距离较近时极易产生吹风感;(3)舱内空间高度封闭,且热源与污染源密度较大,容易导致热量和污染物堆积。本研究针对上述问题,从设计良好的睡眠舱内空气品质及人员热舒适度角度出发,对比分析了混合送风,贴附射流送风以及碰撞射流送风三种送风模式下睡眠舱内气流组织分布情况,以寻求最适合的气流组织形式。研究过程可分为3步:(1).利用经过网格独立性验证与模型验证后的有效CFD(Computational Fluid Dynamic)方法获得三种送风模式下睡眠舱内速度分布,随后搭建等比例缩尺实验平台,以实验结果验证CFD模拟结果准确性;(2).改变送风速度与送风温度参数,对比分析送风参数对不同送风模式下舱内气流组织分布特性的影响;(3).通过实际睡眠生理参数特征编译睡眠舒适性与空气质量的UDF(User Defined Function)程序,并加载源文件至FLUENT自定义UDM(User Defined Memory)和UDS(User Defined Scalar)进一步深入研究后,量化分析不同气流组织分布对舱内环境空气品质与人员热舒适度改善效果的影响;通过研究得到以下主要结论:(1)对比实验测试结果和数值模拟结果发现,使用Realizable k-ε湍流模型计算的结果最接近实际情况,以此湍流模型研究舱体式睡眠环境内空气流动特性,结果表明:与传统睡眠环境相比,在狭小睡眠舱环境中,送风射流对舱内环境的作用效果被放大,不同送风模式直接决定舱内气流组织分布;混合送风射流对舱内气流分布响应最快,贴附射流送风和碰撞射流送风两种新型送风模式下舱内新风射流流动扩散机理也发生改变;相同送风量的三种送风模式下,新风气流对舱内平卧人体头部位置的气流分布响应速度为:混合送风>碰撞射流送风>贴附射流送风;(2)在分别探究送风参数对睡眠舱内流场影后的结果证明:舱内速度分布对送风参数变化响应迅速,但送风温差对舱内流场的影响远远小于送风速度;贴附射流送风模式下人员头部位置的风速在0.08-0.2m/s范围的占比最大,碰撞射流送风速度应小于0.3m/s。(3)对比三种送风模式下舱内热舒适度评价指标可知:混合送风模式下,因舱内PMV(Predicted mean vote)值均保持在0.2-0.9之间,故属于中性偏热环境;贴附射流送风模式在相同送风量条件下可使PMV下降0.3左右,且DR(Draught rate)值保持在5%以下;碰撞射流送风动量较大导致吹风感强烈,实际应用时应特别注意送风口尺寸与小微睡眠舱内空间布局关系;(4)对空气品质的研究结果表明:混合送风模式下,送风量应不低于30L/s以保证头部区域CO2浓度低于500ppm,送风射流很容易在平卧人员头部位置形成送风死角导致其空气龄值偏高;贴附射流与碰撞射流两种送风模式可高效的将新鲜空气送至舱内人员头部位置(CO2污染源处),适当降低通风量仍可保证CO2浓度处于较低水平。最后,综合多种热舒适度和空气品质评价指标后,认为贴附射流送风模式在改善舱体式睡眠环境的综合性能上表现最佳,碰撞射流送风模式次之,混合送风模式最差。
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