人们每天花费大部分时间在室内度过,这使得室内空气品质成为影响室内人员健康的重要因素。同时,暖通空调系统(HVAC)的能耗占一次能源总量的10–20%,这就使得通风系统在改善室内空气品质和节能方面面临极大的挑战。因此,个性化通风系统(PV)得到广泛的研究。然而,对于个性化通风系统的实际应用却不尽人意,这主要是受到现有个性化通风系统往往需要将送风末端装置(ATD)设置在呼吸区(BZ)附近的限制。因此,有必要提出一种新型个性化送风方式,能够实现对呼吸区远距离、定向输送新鲜空气。基于上述需求,本文提出了一种基于涡环原理的个性化送风方式:涡环个性化送风(VRPV)。众所周知,涡环是自然界常见的流动形式。其特征是可以在运动过程中保持自身的结构,并且以较低的能耗实现长距离的输运。涡环的这种流动特征可以较好地将新鲜空气包裹在自身体积中,以较少的能量耗散将新鲜空气输送至目标区域,从而实现对局部区域的送风。因此利用空气涡环进行送风时,既可以实现较高的新风比,又可以提高系统的灵活性,是一种具有应用潜力的气流组织形式。基于上述讨论,本文通过理论分析、实验的方法对涡环通风进行了研究,具体内容包括以下几个方面:首先,通过分析粘性条件下薄核涡环运动学模型的解析解,明确了涡环运动的整个生命周期,同时归纳其中因素效应对应关系,将其适用于本文设计的新型空气涡环生成装置,为进一步研究空气涡环生成演变特性及应用提供理论依据。第二,设计了适用于送风的空气涡环生成装置,用于空气涡环形成与脱落、空气涡环群迁移与分布以及涡环的送风性能等方面的探究。第三,对空气涡环形成与脱落展开实验探究,确定影响涡环体积的两个关键参数:涡环直径和涡核心直径。针对不同工况探究涡环形成过程中体积、平动速度的变化规律。研究表明,涡环的整个形成过程可以细分为三个状态:(a)涡环脱落前对射流的夹带;(b)涡环脱落;(c)涡环脱落后的耗散与环境流体的卷吸。此外,在不同推程作用下,涡环自身存在三种状态:(a)涡环欠饱和状态;(b)涡环近饱和状态;(c)涡环过饱和状态。最后,发现涡环生成时的平动速度由活塞平动速度决定,相同空压机压力水平条件下,过余的推程并不能增大活塞的平动速度,也不能增大涡环的平动速度。第四,基于涡环形成阶段的结论,对涡环群的迁移与分布展开实验探究。研究表明,涡环的平动速度与涡环无量纲输送距离之间的关系类似双曲线,提出拟合方程来预测平动速度的变化规律。涡环在生成时受到设备因素的干扰以及在输送过程中受到环境因素的影响,从而产生了涡环群形心位置的附加偏差,使得涡环群分布边界呈现非线性扩展。随着输送距离的增加,涡环群的分布范围越来越大,这意味着在使用涡环送风时,应充分考虑涡环的送风距离和分布范围,确保涡环送风的分布范围覆盖送风区域。最后,基于上述对涡环基础特性的研究,对涡环的送风性能展开实验探究。研究表明,在常用的个性化送风/局部送风(0-1 m)和全面送风(1-4 m)的不同尺度下,涡环送风的新风率都显著高于传统圆孔射流送风,新风率平均提高37.6%,最大可在0.89 m实现159.3%,由此可见,利用空气涡环在建筑通风领域具备极好的应用潜力。