【摘 要】
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定量描述大空间建筑室内的复杂空气流动,以此优化分层空调气流组织设计,营造舒适的室内热湿环境,是国内外学者十分关注和亟待解决的问题。本文针对喷口侧送风的大空间分层空调气流组织末端形式,抓住实际大空间建筑中普遍存在的射流与羽流混冲运动特性,搭建了先进的实验测量平台,对焓差实验室内射流羽流混冲运动多工况时均流场进行实验研究和理论分析,为大空间喷口射流室内通风设计和污染控制提供实际应用的参考价值;此外,对
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定量描述大空间建筑室内的复杂空气流动,以此优化分层空调气流组织设计,营造舒适的室内热湿环境,是国内外学者十分关注和亟待解决的问题。本文针对喷口侧送风的大空间分层空调气流组织末端形式,抓住实际大空间建筑中普遍存在的射流与羽流混冲运动特性,搭建了先进的实验测量平台,对焓差实验室内射流羽流混冲运动多工况时均流场进行实验研究和理论分析,为大空间喷口射流室内通风设计和污染控制提供实际应用的参考价值;此外,对单点热羽流的瞬时流动特征及湍流结构进行挖掘,为非稳态数值模拟的对比验证提供实验数据和理论支持。主要贡献与创新如下:（1）依托焓差室多工况模拟、热边界可控的热环境仿真实验平台,搭建了大尺寸、高功率的2D-PIV系统;凭借滑块系统和同步控制系统实现焓差室内复杂流场的精确测量,由图像拼接技术实现室内区域选择灵活、流场结构清晰、流动信息丰富、空间分辨率高的全局流场呈现。（2）通过大尺寸图像拼接技术,获得非等温射流与热羽流混冲运动的高分辨率全局流场数据;探究热源参数对焓差室内整体气流运动特征的影响,主要包括流场截面的速度分布及涡量分布、射流轨迹及速度衰减规律、两个典型高度的速度轮廓,并尝试使用Multi-chamber理论计算和分析射流有效用能,为优化大空间喷口射流通风设计提供参考指标。（3）基于瞬时羽流场连续快照测量,揭示了无通风环境下羽流场的瞬时速度及涡量演变过程;分析羽流涡旋结构的分布和产生规律,总结羽流在不同高度下的瞬态流动特征;分析瞬时羽流场的主导拟序结构及各级湍动能分布,为非稳态数值模拟的对比验证提供新思路。主要结论:（1）在射流羽流混冲运动下,缩尺焓差室中部存在一个大范围的气流循环;热羽流的存在会一定程度限制射流结构的发展,挤压射流自由剪切层;射流轴心无量纲速度衰减沿程主要可分为自由射流区和浮力羽流区,自由射流区中射流轴心速度衰减与传统非等温射流理论一致,浮力羽流区中射流轴心速度衰减明显变快,且与Ar呈负相关。（2）瞬时羽流场中,羽流结构由一系列上升涡旋组成,羽流涡旋表现出不稳定的自激振荡现象,湍动能从大涡旋传递到小涡旋,符合能量级串理论;羽流一至三区的脉动周期分别估计为1-2 s、3-4 s和4-6 s;羽流的低序列主导相干结构由两个方向相反的涡旋构成,羽流涡旋中心具有最大的湍动能,低能级湍流结构体现瞬态羽流场的高度随机特性。
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