空调系统送风湍流分形特征的研究

• 作 者: 王倩
• 出 处: 河北建筑工程学院
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 湍流 分形 分形维数 湍流强度 湍动能 湍流耗散

自然界和工程应用中出现的空气流动现象许多都是湍流,我们常见的空调送风现象就是一种湍流运动。湍流的运动是相当复杂、极不规则的,长久以来,科研者们利用经典物理学的观点和方法对湍流运动进行分析,一直未取得重大的突破,其根本原因在于湍流运动具有明显的非线性特征。非线性的分形学为湍流找到了一个新的研究方向,而分形维数能够直观上反应出分形体的“不规则”程度。本论文利用分形理论与统计理论对室内空调系统送风的湍流分形特征进行了研究。首先,本文对湍流速度信号进行了统计与分析,得到湍流速度概率分布是非高斯型的,概率密度函数的陡峭度F大于3,这是湍流间歇性的反映。其次,本文对速度信号的分形维数进了计算分析,得到本实验中速度时间信号的分形维数在1.60~1.73之间。空间位置上同一点速度时间信号的分形维数不随时间的变化而变化。同一水平高度样本点速度的分形维数从中间位置向两侧逐渐降低,说明中间位置样本点的不规则、波动程度大于两侧,样本速度的波动程度从中间向两侧逐渐减小。再次,本文对湍流强度与湍动能进行了计算分析,并将其与湍流的分形维数进行了比较,发现距离风口同一水平高度处样本点速度脉动的剧烈程度从中间位置向两侧逐渐减弱,分形维数和湍流强度逐渐减小,相应地,湍动能也逐渐降低。当湍流的脉动速度变为0时,速度的分形维数是1。流体的动能主要通过湍动能耗散的形式逐渐消耗,脉动速度越大,脉动越剧烈,湍动能的耗散率越大。另外气流的干扰会可能导致脉动的增加,从而导致湍流分形维数、湍流强度和湍能耗散率的增大。最后,本论文还对湍流的涡旋串级模型进行了分析。通过对湍流速度时间信号的分形维数、湍流强度、湍流能量与耗散的研究,我们可以看出,采用传统的方法和观点去研究湍流运动需要进行多次统计与计算,而分形维数能够更加直观、具体的反映湍流运动的脉动特征,它可以用来描述流体的传质范围,并为简化室内空气分布的计算提供了一定的参考。