大空间温度场预测模型与实验分析
高大空间气流组织的数值模拟与实验研究

高大空间气流组织的数值模拟与实验研究高大空间气流组织分布、预测不同设计方案的空调效果一直是工程设计人员的难题。
随着计算机的高速度化以及计算流体动力学(CFD, Computational Fluid Dynamics)的发展,应用CFD技术模拟预测高大空间气流组织、热舒适以及优化设计方案成为可能。
本文通过采用CFD数值模拟与现场测试相结合的方法对高大空间空调系统的热舒适性与气流组织分布特性进行研究,以期研究结果能对实际空调工程设计具有指导价值。
本研究以北京市某大型公共建筑的高大中庭分层空调为研究对象,根据建筑的实际尺寸及空调设计参数,建立分层空调设计方案下的计算模型,采用PHOENICS软件对分层空调设计方案下的热舒适性和气流组织进行了三维数值模拟研究,并将研究成果应用到实际工程中。
模拟计算运用k -ε两方程紊流模型与SIMPLE算法,近壁区采用壁面函数法考虑墙壁边界条件。
其次,对高大中庭的气流组织评价展开研究,在前人工作的基础上发展和丰富了高大中庭类建筑气流组织的评价方法。
本文针对夏季分层空调设计方案,详细分析了气流组织分布特性,并对不同工况下温度场、速度场的不同影响因素进行了分析。
针对冬季工况探讨了送风角度、送风速度、送风温差、送风间距对室内热环境的影响。
为了进一步验证CFD方法模拟研究的可靠性,对于所研究的高大中庭进行了现场实验测试,并在测试气候条件下进行了数值模拟,以模拟所得结果与实验测试结果作对比,以期能够表明CFD研究方法的正确性和切实可行性。
研究结果表明:1.送风速度的大小对形成稳定的气流隔断面有重要影响,当送风速度在4~4.5m/s时才能够形成稳定的气流隔断面,有效防止非空调区向空调区的热对流。
2.顶部排风对于降低非空调区的温度效果明显,有利于减小非空调区向空调区的传热量,节能效果显著;可是排风量太大会加强空调区与非空调区的热对流,反而会造成能量浪费,对于此类高大中庭,排风比宜控制在30%左右。
温度场分布仿真计算方法

温度场分布仿真计算方法温度场分布仿真计算方法温度场分布仿真计算方法是一种通过数值模拟和计算机仿真来预测和分析温度分布的方法。
它在工程设计、热力学研究和环境保护等领域中得到广泛应用。
本文将介绍温度场分布仿真计算方法的基本原理和常用技术。
温度场分布仿真计算方法的基本原理是建立一套数学模型来描述温度场的变化规律,并通过计算机程序对模型进行求解和模拟。
根据具体问题的需求和实际情况,可以选择不同的数学模型和计算方法。
常见的数学模型包括传热方程、能量守恒方程和流体动力学方程等。
计算方法主要包括有限差分法、有限元法和边界元法等。
有限差分法是最常用的一种计算方法。
它将温度场划分为若干个网格点,并通过计算相邻网格点之间的温度差来近似描述温度场的变化。
有限差分法的优点是计算简单,适用于各种尺度和几何形状的问题。
但是,它需要较密集的网格划分,以获得较精确的结果。
有限元法是一种更精确的计算方法。
它将温度场划分为若干个有限元素,通过求解每个元素上的温度分布来近似描述整个温度场。
有限元法的优点是可以灵活地处理复杂的几何形状和边界条件。
但是,它需要对模型进行离散化处理,计算量较大。
边界元法是一种特殊的计算方法。
它通过求解温度场的边界值来推导出整个温度场的分布。
边界元法的优点是计算量较小,适用于二维和三维问题。
但是,它对边界条件的要求较高,需要较精确的输入数据。
除了上述常用的计算方法外,还有一些其他的技术和方法可以用于温度场分布仿真计算,如Monte Carlo方法、遗传算法和人工神经网络等。
这些方法可以根据具体问题的需求进行选择和组合,以获得更准确和可靠的结果。
综上所述,温度场分布仿真计算方法是一种重要的工程分析工具。
它通过数值模拟和计算机仿真来预测和分析温度场的分布规律,为工程设计和科学研究提供了有力的支持。
随着计算机技术的不断发展和进步,温度场分布仿真计算方法将更加精确和高效,为解决实际问题提供更好的解决方案。
温度场仿真与分析

温度场仿真与分析温度场仿真与分析温度场仿真与分析是一种通过数值计算来模拟和预测物体或区域内的温度分布的方法。
它可以帮助我们理解热传导、对流和辐射等热传输机制,并为工程设计和优化提供支持。
下面将逐步介绍温度场仿真与分析的步骤和方法。
第一步是确定仿真目标和需求。
在开始仿真之前,我们需要明确想要分析的物体或区域以及所关注的温度场特性。
例如,我们可能想要了解一个电子设备在不同工作负载下的温度分布,或者研究一座建筑在不同季节和使用条件下的室内温度变化。
第二步是建立几何模型。
根据仿真目标,我们需要将物体或区域的几何形状转化为数学模型。
对于简单的几何形状,我们可以使用基本的几何图形来近似表示;对于复杂的几何形状,我们可能需要使用计算机辅助设计软件来建立几何模型。
第三步是定义边界条件。
边界条件是模拟中的关键参数,它们描述了物体或区域与外部环境的热交换方式。
例如,我们可以指定物体表面的温度、环境中的流体温度或边界上的热流量。
这些边界条件将影响温度场的分布和演化。
第四步是选择适当的数值方法和模拟工具。
温度场仿真可以使用多种数值方法,包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
我们需要根据模型的复杂程度和仿真目的选择合适的数值方法,并选择相应的仿真工具或软件来进行计算。
第五步是进行仿真计算。
在进行实际的仿真计算之前,我们需要将几何模型和边界条件导入仿真工具中,并进行必要的设置和调整。
然后,我们可以启动仿真计算,该计算将根据所选的数值方法和边界条件来求解温度场的分布。
第六步是分析和解释仿真结果。
一旦仿真计算完成,我们就可以获得物体或区域在不同位置和时间点的温度分布数据。
我们可以使用可视化工具来展示温度场,并进行进一步的分析和解释。
例如,我们可以比较不同边界条件下的温度分布差异,或者评估不同设计方案对温度场的影响。
最后一步是验证和优化仿真结果。
温度场仿真是一个理论模型的近似计算过程,因此我们需要将仿真结果与实际测量数据进行比较,以验证模型的准确性和可靠性。
国家体育场大跨度钢结构温度场分析与合拢温度研究

三、结论
大跨空间结构的温度效应是一个复杂的问题,涉及到多个学科领域的知识。 为了保障大跨空间结构的施工安全和使用寿命,必须对其温度效应进行深入研究, 特别是对合拢温度的选择要进行科学分析和实验验证。通过不断优化和完善相关 理论和方法,可以进一步提高大跨空间结构的稳定性和耐久性,为我国的建筑和 工程事业发展做出贡献。
此外,我们还发现国家体育场的结构响应具有一定的周期性。例如,在每天 的早晚高峰期,由于人群聚集和活动,体育场的结构会产生明显的应力波动。这 种波动在一天中呈现出明显的规律性,为我们提供了深入理解体育场结构动态特 性的重要线索。
为了更好地理解和预测国家体育场在各种环境条件下的性能表现,我们利用 实测数据建立了一个详细的数学模型。该模型可以模拟体育场钢结构的温度和应 力变化,并考虑了各种环境因素和结构响应的影响。
自国家体育场建设以来,其大跨度钢结构设计经历了多次改进。由最初的方 案设计到施工图设计,再到最后的加工制作和现场安装,每一个环节都需要对大 跨度钢结构进行深入研究。
在设计过程中,大跨度钢结构需要考虑的因素非常多。首先,结构的自重和 荷载需要满足规范要求,以确保结构安全。其次,为提高空间利用率和观看效果, 需要采用合理的结构形式和节点设计,以实现跨度的最大化。此外,还需要考虑 施工难度和成本,采用合适的材料和先进的施工技术,以确保工程的经济性和可 实施性。
总之,国家体育场大跨度钢结构设计与研究是一项非常重要的工作。通过对 国家体育场大跨度钢结构设计的探讨,我们可以更好地了解其在实际工程中的应 用和不足之处。在今后类似工程中,可以借鉴国家体育场的设计经验,更好地发 挥大跨度钢结构在现代体育场馆建设中的优势,为推动我国建筑事业的发展做出 贡献。
参考内容三
经过国内外相关研究的调研和分析,可以得出以下结论:国家体育场大跨度 钢结构设计具有可行性和优越性。采用先进的有限元分析和设计软件,可以在一 定程度上模拟结构的行为特性,为设计提供有力支持。针对大跨度钢结构施工过 程中的关键技术问题,如高空组装、焊接工艺、吊装方案等,也需要开展相应的 研究工作,以确保施工质量和安全。
三维温度场

三维温度场三维温度场是指在三维空间中,不同位置的温度分布情况。
温度场是一个重要的物理概念,它在工程、物理学和气象学等领域中有着广泛的应用。
本文将介绍三维温度场的基本概念、特性及其应用。
在自然界中,温度是一个重要的物理量,它描述了物体内部分子的热运动状态。
而温度场则是描述了空间中不同位置的温度变化情况。
三维温度场是指在三维空间中的温度分布情况。
三维温度场的特性决定了物体内部和周围环境之间的热传导过程。
热传导是指热量从高温区域向低温区域传递的过程。
在三维温度场中,热量的传递会受到温度梯度的影响,即温度的变化率。
如果温度梯度较大,热传导速率也会较大。
三维温度场还受到物体的边界条件和材料属性的影响。
边界条件是指在空间中的一些位置上,温度被限制在一定的数值范围内。
而材料属性则决定了物体的热传导特性,如热导率和热容量等。
三维温度场的研究对于许多领域都具有重要意义。
在工程领域中,例如建筑和机械设计中,对于热传导过程的研究可以帮助优化设计,提高能源利用效率。
在物理学中,对于热传导方程的研究可以帮助理解物质内部的热运动规律。
在气象学中,对于大气中的温度分布情况的研究可以帮助预测天气变化。
为了研究三维温度场,科学家和工程师们使用了各种数值模拟和实验方法。
数值模拟是一种常用的方法,它基于数学模型和计算方法来模拟三维温度场的分布情况。
在数值模拟中,研究人员需要将空间划分为离散的网格点,并根据边界条件和材料属性来计算每个网格点的温度。
通过迭代计算,可以得到整个空间中的温度分布情况。
实验方法是另一种研究三维温度场的常用手段。
科学家和工程师们可以通过传感器来测量不同位置的温度,并将这些数据用于分析。
实验方法可以提供更精确的温度分布数据,但通常需要更大的成本和时间投入。
三维温度场的研究对于解决许多实际问题具有重要意义。
例如,在火灾安全领域,了解建筑物中的温度分布情况可以帮助设计有效的防火措施。
在电子设备设计中,了解电路板中的温度分布情况可以帮助优化散热设计,提高设备的可靠性。
大空间建筑室内热环境的测试及分析

ar c nd to i y t m s na y e o i d o he i fu nc a t s a u t r o i z pe a i— o ii n ng s s e i a l z d t fn ut t n l e e f c or nd f r he ptmie o r — to i n.The r s ts ws t tt c i iis o he s a fa o a g q i m e ta e t i e — e ul ho ha hea tv te ft t f nd s me l r e e u p n r he ma n r a
V 15 . o . ONO 1
工 程 与试 验 E GI E I N NE R NG & T S . ET
Ma.2 1 r 00
大 空 间 建 筑 室 内 热 环 境 的 测 试 及 分 析
叶见 旺 曹红 奋 张 青 王 昕。 , , ,
(. 1 上海 海事 大学 , 海 2 0 3 ;2 上 海应 用物理研 究所 , 上 0 15 . 上海 2 1 0 ; . 海理 工大 学, 08 0 3 上 上海 2 0 9 ) 0 0 3
热 量 较 大 的 设 备是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ影 响温 度 分 布 的 最 主 要 原 因 。
关 键 词 : 验 大 厅 ; 调 系 统 ; 环 境 ; 度分 布 实 空 热 温 中图 分 类 号 : 5 1 2 O 5 . 文 献 标 识码 : B d i1 . 9 9 ji n 1 7 — 4 7 2 1 . 1 0 1 o :0 3 6 /.s . 6 4 3 0 . 0 0 0 . 1 s
s n o a f c he t m p r t r s rb i n. o st fett e e a u e dit i uto Ke wo d : x rm e a h l; a rc n to n y t m ; t e m a n ion e ; t m pe a ur s r— y r s e pe i nt l a l i— o dii ni g s s e h r le v r m nt e r t e dit i b in uto
基于数值模拟技术的建筑空间温度信息模拟与验证分析

QnynC e iga hn教授在 19 9 8年运用 C D技术对建 F
空气 品质 等 问题 进行 模 拟分 析 和研 究 ;9 0年 和 19 19 9 1年 , n s和 Je o Wa 1报道 了很多利用 C D技术对建筑前庭 、机场和机场的候机厅 、 t" e8 F
围护结构很 少采用保温 和隔热措施 ,建筑 门窗 的气 密 性也很少考虑 ,从 而造成采 暖地 区的供 暖系统 的效 率 普遍 不高 , 同等气候条件的发达 国家相 比, 暖系统 与 供 的能耗是各欧美 国家的 3 6倍。 -
洁净室以及建筑内的办公室进行的实例分析, 周允基在文献【 1 1 中详细 0
地论述 了采用 C D模 拟技 术来 分析室 内空气 流动 , 这基础上 , 提 F 在 他 出 C D模 型中要关注的三个元素 :①用于分析室内湍流的计算模型 ; F ②离散化守恒方程求解过程 中有限容积法 的运用 ;③速度压力耦合方 程 的求解算法的设计 。
2 建筑 空 间温 度 场 模 拟
以建筑空 间为研究 对象 的计 算机数值模拟 , 在空 调系统和工程设计领域 、 在汽车制造和航空工业领域 , 数值模拟已成 为主要设计技术。其中 , 室内热环境 的计 算模拟技术 , 特别是 计算 流体力学技术 , 是现在 国际上
重 要 的 研 究 领 域之 一 。
徽
筑物 的能耗进行分析 ,随后又对室 内空气流动和室 内
收稿 日期 :0 2 0 — 1 2 1 — 2 1 作者简介 : 徐基慧(9 2 ) 男, 18 一 , 安徽潜 山人, 助理工程 师, 毕业 于安徽建筑工业学院,现在安徽省建设工程质量第二监督检 测站能效测评中心从事能效测评 工作 。
焊接过程的温度场与热裂纹预测研究

焊接过程的温度场与热裂纹预测研究随着工业化进程的加快,焊接作为一种重要的加工技术被越来越广泛地应用。
然而,焊接过程中产生的热影响区域(HAZ)和热裂纹的形成一直是焊接工艺中的难题之一。
为了预测和防止热裂纹的产生,研究焊接过程的温度场和热应力分布具有重要的意义。
一、焊接过程的温度场分析焊接过程中,热源对工件的加热作用主要由传热方式、传热速率和热源温度等因素决定。
根据热传输的机理,可以得到焊接过程的传热方程和热传导方程。
通过数值模拟方法和实验验证,可以得到焊接过程中的温度场分布规律。
在焊接过程中,由于热源不断加热焊缝和母材,在焊接区域形成高温区,而在热影响区域(HAZ)中则形成了一系列温度梯度较大的区域。
这些高温区和温度梯度变化大的区域将对焊接过程中的组织和性能产生影响。
因此,正确预测焊接过程中的温度场分布,可以有效地控制焊接质量,减少缺陷的产生。
二、热裂纹的形成机理热裂纹的形成是由于热应力的作用,使得焊接件中的材料发生裂纹。
在焊接过程中,热源引起局部加热,但焊缝和母材的热膨胀系数不同,因此在接点会产生内应力。
若焊接温度高,热影响区域生成的组织组织相差大,常常是由于热应力的大小超过局部材料强度引起的。
基于这一原理,常用的防止热裂纹的方法是选择合适的焊接参数和工艺,减少热作用对材料的影响。
三、热裂纹预测方法为了预测热裂纹的产生,需要对焊接工艺中的参数、焊缝和母材材料属性等因素进行分析。
现有的预测方法主要包括实验方法、数值模拟方法和经验规则方法。
实验方法主要是通过焊接试样的制备和试验分析,得到焊接过程中的温度场和热应力等参数,以此预测热裂纹的发生。
这种方法的优点是准确度高,但缺点是成本高、周期长且难以实现真实的焊接过程。
数值模拟方法是用计算机程序模拟焊接过程中各个参数的变化情况,以此预测热裂纹的发生。
这种方法的优点是可以模拟复杂的焊接过程,减少实验成本,但缺点是需要大量的材料参数和物理模型,同时计算量也比较大。
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( 5 2 Q+ 5 9 8 ) ×1 0 0 / A
( 2 )
目前 , 关 于大 空 间建 筑 火 灾 事 故 不 断发 生 , 造 成 了重 大 的 人员 伤 亡 和 财产 损 失 。我 国大 空 间建 筑 主 要 集 中 在 体育场馆 、 展览馆 、 电影 院 、 中庭 等 火 灾 荷 载 比较 大 的 场 所, 并 且 多 数建 筑 采 用 钢 结 构 模 型 , 一旦发 生火灾 , 坍 塌
预 测模 型 的 预 测 结 果 进 行 对 比 , 结果表 明: 三 个 模 型 都 能 较 好
地 预 测 出火 源 正 上 方 4 . 0 m 处 温度 变化 的 趋 势 ; 只 有 张 国 维公
式 给 出 了火 灾全 过 程 预 测 ; 薛素 铎 公 式 能 够很 好 地 展 现 增 长 阶 段 到稳定阶段的过渡过程 ; 对 7 . 5 m 处 的预 测结 果偏差较 大 ;; 为
距 离 衰 减 系 数 。 其 中 有 决 定 性 作 用 的 “ 可 以 由 公 式
( 2 ) 得 出。
“一 ( 2 0 Q+ 8 0 ) 一( 0 . 4 Q+ 3 ) H +
文章编号 : 1 0 0 9 —0 0 2 9 ( 2 0 1 6 ) 1 O 一1 3 7 2 —0 4
危险性很大 , 可 能 会 造成 严 重 的后 果 。 目前 国 内外 针 对 大 空 间 温 度 场 的 预 测 研 究 较 少 , 主
式中: Q 为火 源 功率 , Mw ; H 为 大 空 间建 筑 高 度 , m; A 为 建筑 面积 , m 。
另外 , 火 源 增 长 系数 J 9 对达 到峰值温 度的影 响 f ( J 3 )
三个 : 李 国强 、 杜咏 大空 间建筑火 灾 的空气升 温模型 , 薛 素铎 、 梁 劲 的大 空 间 升 温 模 型 , 张国维 、 朱 国 庆 的 大 空 间
最后 , 温度 衰减 系数 可 由公 式 ( 4 ) 得 出。
一
+( 一 ) e “ 一 , 若z ≤r , 贝 0 z一
3 . 中国矿 业 大 学 消防工程 研 究所 , 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 )
摘 要: 介 绍 国 内三 个 大空 间温 度 场 预 测 模 型 。 通 过 在 某
下, 建 立 了大 空 间 建 筑 火 灾 烟 气 升 温 非 定 场 简 化 模 型 , 提
高 大钢 结 构 厂 房 内进 行 大 空 间 小 功 率 油 池 火 实 验 , 得 到 火焰 正
大 空 问温 度 场 预 测 模 型 与 实 验 分 析
于志超 。 ,朱 国庆 。 ,田承 飞 ( 1 . 中国矿 业 大 学 安 全工程 学 院 , 江苏 徐 州 2 2 1 1 1 6 ; 2 . 中国矿 业 大 学 煤矿 瓦斯 与 火 灾防 治教 育部 重点 实验 室 , 江苏 徐 州 2 2 1 1 1 6 ;
和优 缺 点 , 研 究 模 型 的适 用 场 景 。
1 大 空 间 温 度场 预 测模 型
1 . 2 薛素铎 、 梁 劲模 型 北京工业大学薛 素铎 、 梁 劲 同样 基 于 大 量 的 数 值 模 拟, 考 虑 烟 气 排 放 等 因 素 对 温 度 场 的影 响 提 出 大 空 间 升
温模型 , 见式< 5 ) 。
n na x
大 空 间 建 筑发 生 火 灾 后 , 火灾和烟气蔓 延迅速 , 不 断 卷吸空气的烟羽流在 浮力 的作用下 持续上 升直 至顶棚 , 然后形成射流 , 热 烟 气 向 周 围 扩 散 并 下 沉 直 至 充 满 整 个
上方 4 . 0 r n和 7 . 5 m 处 的 温 度 变 化 情 况 。 将 实验 结 果 与 三 个
出预 测 任 一 时 刻 建 筑 内任 一 位 置 火 灾 烟 气 升 温 过 程 的 模
型, 给 出 了近 似 表 达 式 , 见式 ( 1 ) 。
T( x, z , ) 一T o + “×f( 1 f ) × ( 1 )
式 中: T( x, , 为大 空间任 一时 刻任一位 置 温度值 , ℃;
为 环境 温 度 , 。 C;
为火 源正 上方 高度 z 处 最 大 温
三个公式都对最大温度值有较强的依赖性 。
关键词 : 高 大 空 间 ;火 源 ; 温度场 ; 预 测模 型 中图分类号 : X 9 1 3 . 4 . T K1 2 1 ,T U2 7 文 献 标 志码 : A
要 是 由于 进 行 大 空 间 实 验 的难 度 大 、 费 用高 、 人 力 物 力 需 求大 、 实 验 场 所 建 立 难 等 原 因 。针 对 大 空 间 建 筑 的 火 灾 研 究 主 要 用 区域 模 型 和 场 模 型 的 数 值 模 拟 , 同 时 结 合 实 验 进 行 分 析 研 究 。而 当 前 比较 完 善 的 温 度 场 预 测 模 型 有
( 4 )
r一
式 中: ' , 为由建筑面积 和高 度决 定的形 状 因子 ; r 为 火 源
有效半径 , r n; A 为火源面积 , i n 。 。
烟气 预测 模 型 。这 三 个 模 型 并 非 十 分 完 善 , 或 多 或 少 存 在 一 定 的缺 陷 。笔 者 主 要 通 过 大 空 间 全 尺 寸 火 灾 实 验 结 果 与 模 型预 测 结 果 进 行 对 比 , 分 析 各 模 型 预 测 的准 确 性
可 由式 ( 3 ) 得 出。
( 8 ) :1 — 0. 8 e p 一 0 . 2 e 。 ( 3 )
其中, 火 源 增 长 系 数 对 应 值 分 别 为 : 超 快 速 火 0 . 0 0 4 、 快速火 0 . 0 0 3 、 中速 火 0 . 0 0 2 、 慢速 火 0 . 0 0 1 。