室内模拟实验（共9篇）
室内模拟实验 篇1
近些年来,由于越来越多的人们了解到沙疗对常见的慢性疾病(风湿性关节炎、腰腿痛、颈椎病等)有显著疗效[1],吐鲁番地区沙疗的认知度不断提高,每年沙疗所接待的患者超过4 000人。此外,国内外也有一些类似的沙疗场所,可见沙疗逐步被更多的人所关注[2]。但因受环境气候的影响较大,沙疗只能在夏季7~9月间进行,针对这个问题,将沙子移入室内,使沙疗不受自然环境气候的影响,变夏季沙疗为“四季沙疗”,使吐鲁番沙疗能到各地推广,其中室内沙疗室建立以及热环境的研究就显得尤为重要。
目前国内外对室内沙疗室的研究较少,有学者对室内人工沙疗实验系统建立和沙疗生物热效应进行实验研究及初步分析计算[3]。本研究对实验阶段室内沙疗室空气和沙体间热量传递进行了分析,建立了室内沙疗室三维热物理模型,对空气和沙体的温度场变化进行了数值模拟与实验验证,同时通过模拟结果研究了适宜室内沙疗的温度稳态层以及热压自然通风下沙疗室的热舒适度。数值模拟结果对建立室内沙疗室和完善沙疗热物理模型具有一定的指导意义。
1 数值模拟
1.1 沙疗室的物理模型
开有通风门的沙疗室位于某实验室的一楼。该沙疗室尺寸为2.8 m×2.5 m×2.4 m。如图1所示,其有6面外壁,2扇门(尺寸为1.5 m×0.6 m),室内下部铺有0.4 m厚的沙子(取自吐鲁番沙疗中心),采用9个红外线灯作为加热阶段的热源(近似拟合为上层面板加热),为了保证室内沙体温度及降低壁面的热散失,沙疗室以木材作为主体框架,框架之间隔热材料为塑料泡沫,室内外表面均采用白色的防火板。(见图1)
沙疗室三维物理模型在Fluent前处理器Gambit2.0.4中生成。对于结构简单的物理模型,生成结构化网格计算精度高[5]。在此采用结构化网格,最终生成的总网格单元数约为134 400个。
1.2 数学模型
为准确合理地对室内沙疗室实验阶段的热环境进行数值模拟,在数值模型中需考虑以下4方面的因素:(1)由于热压自然通风,沙疗室内空气为不可压缩流体,流场非稳态分布;(2)沙疗室实验阶段时所处的实验室为关窗关门状态,可假定给定风速为近似无风状态;(3)由于壁面隔热材料和防火板的应用,可假定沙疗室各壁面为完全绝热;(4)由于不同温度气流之间密度差异产生的浮升力,要考虑浮升力的作用。
沙疗室实验阶段室内气流作湍流运动。采用Reynolds平均法来模拟空气侧湍流运动[6,7],采用标准κ-ε湍流模型进行计算[8],因此空气侧的数学模型可以描述为:
连续性方程:
动量方程:
能量方程:
κ方程:
ε方程:
式中:u为速度,x为方向,这两个参数在方程中都写成张量指标符号的形式,上标“'”代表脉动值,上标“—”代表对时间的平均值(除脉动值的时均值外,上式格式中去掉了表示时均值的上划线符号“—”);t为时间;ρ1、p、k1、cp和T1分别为空气的密度、压力、传热系数、定压比热容和温度;κ为湍流动能;ε为湍流耗散率;;μ为动力黏度;μt=ρ1Cμκ[2]/ε为湍流黏性系数;C1ε、C2ε、Cμ为经验常数,C1ε=1.44,C2ε=1.92,Cμ=0.09,湍动能κ与耗散率ε的Prandtl数分别为σκ=1.0,σε=1.3。
热压自然通风下浮升力作用的计算采用伯松尼克(boussinesq)模型,其表达式如下:
式(6)中:ρ1是空气密度;ρ0是参考空气的密度;g为重力加速度;T1为空气绝对温度;T0是参考空气的绝对温度;β是空气的热膨胀系数。
沙子遵从多孔介质传热原理。当沙粒互相接触不移动、温度不高、无相变、空隙中的流体处于静止状态或流动甚微时,其传热过程可以近似地按孔介质导热过程处理,用导热方程描述[9]:
式(7)中:ke为沙子的有效热导率,ρ2为沙子密度,T2为沙子的温度,c为沙子的比热。本研究采用圆球导热仪实测新疆吐鲁番沙疗场中沙子的有效热导率,整理得到的计算式为:
通过实验可以得出继续同样的含水量增幅对有效导热系数的影响会相对较弱。
对于固体壁面附近的流动,采用标准壁面函数来处理。采用SIMPLEC算法求解压力与速度的耦合方程。能量项收敛标准为10-6(标准化残差),其他各项收敛标准为10-3(标准化残差)。
1.3 边界条件与离散格式
空气与沙体交界界面的边界条件如下:同时考虑沙体表面与周围空气对流换热以及与周围环境的辐射换热:
式(9)中,qc为单位时间单位面积上的对流换热量;αc为表面的对流换热系数;Ts沙体表面温度;Tair为空气温度;qrad为单位时间单位面积上的辐射能量;Tenv为周围环境温度;εr为沙体的发射率(也称黑度);σb为辐射常数。
入口边界条件:单口热压自然通风,在压力入口相对压强为0,温度为实验室内环境温度为295.15 K。
出口边界条件:流动出口压力为大气压力。
壁面边界条件:各壁面设为无滑移固壁边界,绝热:qwall=0。
离散方法采用有限容积法(finite volume method,FVM),其特点是计算效率高,表1给出了本研究中所采用的离散格式。
2 实验
2.1 沙疗室的加热阶段及实验阶段方法
沙疗室的加热阶段(历时24 h):在实验室建立的室内沙疗室,通过9盏红外线灯加热,用MD80巡检仪采集数据,加热沙体温度至沙表表面为351.94K,沙体5 cm处为339.56 K,10 cm处为330.45 K,15 cm处为319.95 K,20 cm处为309.52 K,使沙体温度与吐鲁番沙疗场沙体在7~8月份17~19时的温度基本一致。
沙疗室的沙疗实验阶段(历时0.5 h):红外线灯9盏全部关闭,打开一扇门对沙疗室采取单开口热压通风,在中心沙疗区域随机选取3条坐标线(与沙疗室底面垂直)上共24个测温点;同时以MD807—01巡检仪采集数据,1 min为一个时间单位,获得共90组数据。
2.2 实验设备与仪器
室内沙疗室、MD807—01巡检仪、PT100型热电阻、9盏红外线灯(型号:FG11F,275瓦)、一台PC(1 GB内存&Intel处理器)、温度计和沙体(取自吐鲁番沙疗所),沙疗室原理简图如图2所示。
热电阻偶丝安装:准备三根长木棍,在每根木棍A段上布3个点,5~7点每两个点间距5 cm,7~8点两点间距为50 cm;在每根木棍B段上布5个点,1~5点每两个点间距5 cm。(见图2)
3 数值模拟结果及分析
本研究采用Fluent软件进行数值模拟,计算时,将加热阶段验证过的模拟结果通过“interpolate”项导入为实验阶段的初始值;时间步长取0.05 s;因没有太阳辐射通过窗户和单扇门进入沙疗室内,且加热灯也不再工作,即此时沙疗室内无任何内热源;最终数值模拟分析及结果如下:
3.1 数值模拟结果与实验结果的比较
对实验阶段下的模拟值与实验值进行比较。实验和模拟的对比数据为每个编号层面上3个坐标测点的平均值,各测点坐标处模拟显示结果以第30min温度云图为列(见图3)。最后得出空气和沙体温度的模拟结果与实验结果吻合良好(见图4)。最大绝对误差为2.13 K(编号8第17 min处),最大相对误差0.70%。总的说来,模拟结果能很好的反映沙疗室内的热环境,表明该模型是合理可靠的。导致模拟结果与实验结果之间误差的原因主要有以下几点:(1)数学模型存在一些误差(如离散误差、舍入误差等);(2)沙疗室内部的物理模型较实际有所简化;(3)计算条件与真实条件存在较小的差别(如闭灯后灯的余热影响、壁面的微量热损失影响、沙体的压实程度对有效导热率的影响[10])。
1为试验平台,2为MD807—01巡检仪,3为PT100型热电阻(温度探头),4为电脑
3.2 数值模拟适宜室内沙疗恒温层
根据吐鲁番沙疗场适宜埋沙深度为15 cm左右,7~8月份17~19时为最适宜沙疗时间,经过实测得到沙疗所适宜埋沙温度为(318.65±3.6)K。而室内沙疗室模拟和实验结果表明沙体深15 cm为适宜沙疗温度的稳态层,其值与吐鲁番沙疗场夏季17~19时的15 cm左右的恒温层相近。(见图4、图5)
注:“Exp”表示“Experiment”,“Sim”表示“Simulation”
3.3 室内沙疗室沙疗时热压自然通风下的热舒适度分析
因室内沙疗室空气环境近似夏季室内环境,本文研究借鉴文献[11,12,13]来判定其热舒适度,文献[11,12]表明引起人体热不舒适的吹风感因素中最主要影响变量是气流的速度及温度,导致热不舒适的最低风速约为0.25 m/s;文献[13]表明夏季室内可接受的热舒适温度范围为24.3~31.5℃。根据Fluent模拟结果,室内沙疗室沙疗区域上方空气10~60 cm(此高度覆盖了沙疗时人上半身斜躺或坐着的高度),气流风速最大值为0.258 m/s,而其温度在14~30 min,下降至27.73~31.48℃(即300.88~304.63 K),因而至14 min以后,在室内沙疗室进行沙疗时的热环境就有了一定的热舒适度。
4 结论
本研究通过对室内沙疗室实验阶段空气和沙体间热量传递规律的数值模拟与实验验证,得出以下结论:
(1)对室内沙疗室沙疗的实验阶段的气固耦合热环境模拟,数值模拟结果与实验结果吻合良好,最大绝对误差为2.13 K(编号8第17 min处),最大相对误差0.70%。
(2)根据夏季吐鲁番沙疗场最适宜治疗的埋沙温度和埋沙深度,模拟得到了适宜室内进行沙疗的温度稳态层,其埋沙深度为15 cm。
(3)通过单口热压自然通风能使室内沙疗室的空气热环境具有一定的热舒适度。
摘要：研究室内沙疗室实验阶段空气和沙体间热量传递规律。运用计算机流体力学(CFD)技术建立了室内沙疗室实验阶段三维热物理模型及数学模型,应用Fluent软件计算了沙疗室内气固耦合传热问题,数值模拟与实验验证了空气和沙体温度场的变化。结果表明模拟与实验中空气和沙体的温度场变化规律吻合良好;与吐鲁番沙疗场相对照,模拟得到了适宜室内进行沙疗的温度稳态层及其埋沙深度;通过单口热压自然通风使室内沙疗室的空气热环境具有一定的热舒适度。因而,室内沙疗室可提供沙疗所需温度且相对舒适的热环境,为进一步完善室内沙疗系统的设计提供理论和实践依据。
关键词：室内沙疗,计算机流体力学,传热,数值模拟,自然通风
参考文献
[1] Maitirouzi·Julaiti,Dilina·Mahemuti,Kong Chunyuan,et al.Research on material mechanical performance of femurs cured by uyghur sand therapy.Key Engineering Materials 2012;522:910—914
[2] 李秀增,王俊,裘建饶等.沙浴疗法对中老年膝骨关节炎疗效观察.中国临床康复,2004;8(2):351Li Xiuzeng,Wang Jun,Qiu Jianrao,et al.Observing healing efficacy of arthritis knee bone of midge aged and elderly in sand therapy.Chinese Journal of Clinical Rehabilitation,2004;8(2):351
[3] 居来提·买提肉孜,孔春元,迪丽娜尔·马合木提,等.室内人工维医沙疗实验系统的建立.中国科技论文在线,2008-5-11Maitirouzi·Julaiti,Kong Chunyuan,Dilina·Mahemuti,et al.Establishment of the indoor Uyghur sand therapy experiment system.China Science Paper,2008-5-11
[5] Fluent Inc.Gambit 2.0.user’s guide.Fluent Inc,2001
[6] 王福军.计算流体力学分析——CFD软件原理与应用.北京:清华大学出版社,2004:1—35,114—143Wang Fujun.CFD software principles and applications.Beijing:Tsinghua University Press,2004:1—35,114—143
[7] 陶文铨.数值传热学.2版.西安:西安交通大学出版社.2001:333 —392Tao Wenquan.Numerical heat transfer.2nd ed.Xi'an:Xi'an Jiaotong University Press,2001:333—392
[8] Hu C H,Wang F.Using a CFD approach for the study of street-level winds in abuilt-up area.Building and Environment.2005;40(2):617 —631
[9] 林瑞泰.多孔介质传热传质引论.北京:科学出版社,1995:109 —128Lin Ruitai.Guide and discuss on the heat transfer and mass transfer of porous medium.Beijing:Science Press,1995:109—128
[10] 张辉,陈有昌.新疆沙漠沙有效导热系数的测定.东南大学学报(自然科学版),2002;32(2):151—154Zhang Hui,Chen Youchang.Experimental study on effective thermal conductivity of desert sand from Xinjiang desert.Joutnal of Southeast University(Natural Science Edition),2002;32(2):151—154
[11] American Society of Heating,Refrigerating and Air-conditioning Engineers.2001 ASHRAE Handbook:Fundamentals.American:American Society of Heating,Refrigerating and Air-Conditioning Engineers,2001
[12] 李文菁,陈歆儒.人体舒适度与室内热环境.湖南工程学院学报,2010;20(3):72—76Li Wenjing,Chen Xinru.Thermal comfort and indoor environment.Journal of Hunan Institute of Engineering,2010;20(3):72—76
[13] 曹晓庆.影响室内热舒适参数的理论与实验研究.重庆:重庆大学,2008Cao Xiaoqing.Theoretical and experimental study on indoor thermal comfort parameters.Chongqing:Chongqing University,2008
室内模拟实验 篇2
满分100分，考试时间60分钟
姓名:____________部门:____________得分:____________
一、多项选择题(每空1分)
1、客户的基本信息比较好了解，通过观察、沟通就能了解比较全面。一般来说，要搜集客户的以下基本信息：（ABCD）
A、性别、年龄、民族、身高B、文化、工作单位、职务、特长C、兴趣爱好、联系方式
D、家人的数量、年龄、身高、文化、爱好
2、要了解客户对装修的哪些认识？（A、装修日期（着急程度、何时入住）B、装修选择（施工队 C、其它装修公司数量
D、第几个接触者
3、男客户的装修心理是怎样的？（A、比较趋于理性，房子对他而言还是房子B、房子就是家C、更注重房子里的摆设
D、更注重家的氛围
4、女客户对装修更关注哪些内容?（A、更关注环保B、更关注健康C、关注外貌D、关注孩子的成长教育
5、女客户对装修更关注哪些空间？（A、厨房B、卫生间C、阳台D、客厅
6、对于卧室女性更关注什么？（A、窗帘B、色彩C、衣服被褥 D、地板
7、男客户对装修更关注哪些空间？（A、书房 B、客厅C、阳台D、卧室
8、男客户对装修方案更看重哪些功能？（A、看电视B、看书C、玩游戏D、养花、养鱼9、20-30岁之间的客户多倾向于哪种风格？（）
A、中式风格B、现代风格C、豪华欧式D、古典主义10、30-40岁客户的装修心理是怎样的？（）
A、经济实用B、对美的追求强烈C、能放松心情的家庭环境D、孩子教育格外重要 11、30-40岁客户的装修心理是怎样的？（）
A、经济实用B、对美的追求强烈C、品位第一D、孩子教育格外重要
12、女性的装修心理是怎样的？（A、更偏向于感性B、房子就是家C、更注重房子里的摆设D、更注重家的氛围13、50-60岁客户的装修心理是怎样的？（）
A、特别务实，讲求实用B、储物的需求C、追求品位追求品牌D、特别希望与子女团聚，以享受天伦之乐14、60岁以上客户的装修心理是怎样的？（）
A、买高档的东西B、健身空间C、追求品位追求品牌D、特别希望与子女团聚，以享受天伦之乐
15、在政府机关工作客户对家装的要求：（ABC）
A、中式或欧式风格B、得到尊敬、崇拜C、吉利、风水好D、注重家的氛围
16、老师与医生对家装的要求：（A、环保B、数字一定要准确，尺寸一定要正确 C、要做到绝对安全D、得到尊敬、崇拜
17、企业管理者对装修的心理：（A、特别注重流程 B、数字一定要准确，尺寸一定要正确C、吉利、风水好D、要做到绝对安全
18、自我经商者对家装的要求：（A、节省时间B、引入风水理论，给他摆正财位C、数字一定要准确 D、帮他算清家装的实际营运成本
19、外企白领对家装的要求：（A、有小酒吧B、有休闲区C、家庭聚会空间D、用耐脏的材料
20、从情绪的角度，人的性格规结为哪几种：（A、活泼型性格B、完美型性格C、力量型性格D、和平型性格
21、积极发言的客户属于哪种性格？（A、活泼型性格B、完美型性格C、力量型性格D、和平型性格
22、沉默的客户属于哪种性格？（B）
A、活泼型性格B、完美型性格C、力量型性格D、和平型性格
23、设计师该怎么与家装参谋打交道呢？（A、尊重参谋、重视参谋B、拉拢家装参谋 C、与家装参谋发生纠纷D、给家装参谋留下好印象
24、客户对家装行业的认知有哪几个方面？（A：客户对家装本身的认知B：客户对家装行业的认知
D：对个人设计师的认知C：客户对我们公司的认知
25、从哪些方面与客户介绍我们公司是如何风险最小的？（A、价格风险、设计风险B、施工风险、质量风险
C、管理风险、售后风险、综合风险
26、施工当中令客户不满意的地方主要有以下几点：（A、出现一些新项目，客户以为已经包含在预算当中了，结果不是，还要另加钱。
B、有比较明显的质量问题
C、经常停工、工地无人、找不着人
D、物业或其它部门经常有一些小麻烦
27、哪些地方属于公共空间？（A、客餐厅 B、玄关过道C、厨卫阳台D、卧室
28、量房分成几个时间段：（A、量房准备阶段B、量房实施阶段C、预约确定阶段D、方案设计阶段
29、设计师自我的包装有哪几方面？（A、名片包装B、作品包装C、客户集包装D、网络包装
30、设计师如何才能赢得客户的喜欢，与客户交往，有什么诀窍呢？（A、塑造良好的外在形象B、懂得赞美的艺术和认同的艺术
C、针对不同的客户性格选择沟通的语言
D、要懂得关心客户，给客户以爱
1、我们把家分成主体和客体,主体是__人____，是所有的家庭成员，客体是__房子_____。
2、人们在选择某种东西时，或者是要做出某项决定时，一般有两个心理：
第一个心理叫“_最好选择心理__________ ”，另一个叫“__最差淘汰心理_”。
3、积极心态的客户，在经济能力与预算相差不太大的情况下，预算一般不能超过经济能力
（3000-5000）元。
4、我们将家庭室内空间分成两大类，一类是公共空间，一类叫（。
5、空间缺陷分为两种，一种是自然缺陷，一种是（。
6、热情的外在表现主要有几乎点：微笑、（、动作迅速、语言有煽动性、对客户的锲而不舍。
7、一般来说，影响签单的因素主要有：
1、产品方面因素
2、公司方面因素
3、（设计师方面因素）
4、客户自身因素
8、首次沟通分成五个级别，最高级别：（客户交纳设计订金）较高级别：马上就去量房
心动级别：约定时间再去量房普通级别：留下一个好印象最差级别：简单沟通，很快离去
9、设计师要充分展示自己的礼节、素质、（，通过自己的良好印象，让客户对公司产生好感和信赖。
10、当客户主动谈到价格时，就是一种（签单信号）。
11、客户选择家装公司，主要基于两点考虑，一是这个公司能把我家装修好，二是未来的（保修和维修）有保障。
12、人们在选择某种东西时，或者是要做出某项决定时，一般有两个心理：
第一个心理叫（最好选择心理），另一个叫（最差淘汰心理）。
13、最好的了解客户信息的方法，莫过于通过（家装调查问卷）来了解。
14、当着矮人别说（矮话），当着胖人别说（胖话），这是与客户沟通最基本的常识。
15、我们把人的心态分成三种：（积极型）、（悲观型）和务实型
16、客户在语言表达上有四种：（积极发言）、（注意倾听）沉默、不爱说话
17、家庭装修的最高境界，就是这个家能与客户的工作、生活、家庭、娱乐、运动、健康、兴趣爱好都完美的统一起来，用道家的话说叫（天人合一）、（环境与人完美地统一）。
18、客户会选择一个品牌实力还算可以、(公司规模也还不错)、看过样板间之后觉得比较理想，然后是价格比较便宜的公司。
19、找谁装修其实只是个形式，客户真正需要的是那种(省心)、(省力)、方便、有保障、很轻松的装修过程。
20、量房沟通的时候可以与客户按照（量房设计指标书）上的项目一一探讨。
21、量房准备阶段主要是准备量房的资料或现场量房的工具：
公司宣传资料、设计图册、户型图集锦、（量房设计指标书）、（家装调查表）、个人作品集、名片、卷尺、相机、笔等
22、在做作品集时，要尽量选用成套的方案，并且这些方案要细致，即出的空间要完善，包括室内所有的空间，同时呢，还应包括（平面布置图）、（天花图）、地面图、电路图等，每一套作品都是一个系统。
1、客户来我们公司看的是第一家，设计师该怎么接待？如果看了好几家了，又该怎么接待？
2、从哪些方面赞美客户？
3、很多听（看）过演唱会的朋友都知道，为什么现场会有那么多的歌迷欢呼？我们设计怎么样才能达到这样的效果？
4、很多设计师很苦恼，为什么我这样辛苦忙碌，签章率却很低呢？怎么样才能解决签单的苦恼呢？
1题答如果我们是第一家，我们就要在两方面花力气，一是要消耗客户的时间，让他没有时间去别人家，或者到别人家时显得比较疲倦；另一方面，我们就要下大力气，形成第一印象，即让客户以我们公司为标准去比较别的公司。所以我们要给客户最高的标准，即报价是最低的，品牌是最好的，服务是最到位的，设计方案是最完美的，设计师是最专业的，设计师是最令他喜欢的，这样他在别人家看后，发现其它家都没有我们家好，他就会回来，并且就会立即在这里定下。
如果在我们之前已经有很多家公司为客户提供了服务，那么此时，对我们来说，就是要以最短的时间为客户服务，否则时间拖得过长，客户已经与别人定下了。同时，我们就要以后入为主的姿态，形成客户最好的印象，只有我们各方面比别人做得都好，客户才会在我们家签单。如果我们自己还不注意，没有最好的形象，没有最好的服务，价格也比别人高出很多，工作态度也很拖拉，那么在此时接待客户，不过只是浪费时间和精力而已。
2题答：常见的赞美方式如：
赞美客户本身方面：
1、您这件裙子（手提包、帽子、鞋子、领带、外套、手套、眼镜、发型）很漂亮，在哪买（做）的？
2、您看起来就比较年青，您的皮肤很好，您的头发很好，很浓密很柔顺，你的身材（肌肉）很好，很匀称很健美
3、您的性格很好，待人很可亲，我一见到您，就觉得很亲近，很喜欢……
赞美客户房子方面：
1、咱家这房子地段很好，肯定会升值
2、咱们这小区环境也很不错，你瞧那…
3、咱家这房子建筑质量很好
4、咱们这房子户型结构很好，比较合理，采光也很好，瞧这视线看得很广
5、咱们这房子卧室（客厅）很大，很宽敞，窗户也大，住起来真舒服
赞美客户家人方面：
1、孩子：您孩子很聪明，真可爱
2、子女：您子女很孝顺啊，装修房子他们经常过来看看
3、子女读书：看您孩子多厉害，上那么好的学校，将来肯定能上好大学（有好工作）
4、子女工作：您孩子工作很好啊
5、爱人：您爱人很好，很温柔（贤慧、能干、很专业、很会关心人）
人始终是感性的，就算是再冷血的人，面对一个充满爱心、热情似火的人，内心的矜持也会被打动。3题答： 很多听（看）过演唱会的朋友都知道，为什么现场会有那么多的歌迷欢呼？因为大家都受到演唱者的热情所影响，反过来歌迷的热情也会影响到演唱者的情绪，使他更卖力更热情。双方在互动的热情影响下，将演唱会推向一个又一个的高潮。
甲醛室内扩散的模拟分析 篇3
关键词：甲醛,PHOENICS,扩散
1 引言
随着人们对于生活质量追求的提高, 关注室外环境质量的同时, 对于室内空气质量的重视程度也在提升。相关的调查表明, 人们平均每天在室内度过的时间是室外时间十几倍之多[1], 室内空气质量不行, 甚至会引起与之有关的过敏性肺炎、气喘病、溶剂性脑病等[2], 而甲醛是其中重要的代表性污染物[3]。显然, 明确室内污染扩散规律, 从而保持室内良好的空气流通具有很大的意义。
目前, 在一般家庭的建筑、装修设计和施工中, 大多是凭借经验和常识进行。而计算流体动力学 (CFD) 由于对于房间形状的复杂程度、经验参数要求不高, 适用性较广[4], 逐渐受到人们的青睐。PHOENICS是世界著名的计算流体软件[5], 已经在航空、航天、电力等行业进行了应用, 但在室内空气流通方面的应用仍较少见报道。本文针对甲醛扩散, 采用此软件, 结合实际真实情况, 进行比较分析。
2 材料方法
以某房间为实验场所 (房间长、宽、高分别为10.3m、5.2m、2.8m, 窗户和门分别处于相对的两堵墙的首尾两端) , 装甲醛 (分析纯) 的烧杯放置于房间中央地面, 在一扇窗户和一扇门均全开状态下, 在静风状态 (风速<1m/s, 门为进风口) 下的5h后, 在门、窗户、平行窗户且距离烧杯3.2m处 (一处靠近门, 一处靠近窗) 的4个甲醛测定点 (分别为测量点1、2、3、4) 进行甲醛浓度测定;PHOENICS文件中导入按照房间尺寸建立的CAD模型, 边界条件中, 进风口处规模为:2.460000×1.084550, 进风速度为1m/s, 边界地点为:X:7.642002, Y:4.990000, Z:1.600000;同样的, 按照相同的步骤设置出风口的边界条件, 设置一个泄漏源intel, 让其自由扩散。
甲醛测定实验采用的仪器、药剂、方法均按照GB/T 15516-1995要求。
3 结果与讨论
3.1 甲醛的标准曲线
按照GB/T 15516-1995, 得到本实验的甲醛标准曲线 (如图1所示) , 拟合而得的直线表达式为:Y=0.0045 X+0.0489, 所得到的X与采样体积的比值即为甲醛浓度 (mg/L) 。
3.2 测量点1的情况
从图2情况看, 实测值与软件模拟值是非常接近的, 相对误差仅有5%。可以认为两者是相吻合的。这是因为测量时, 测量点1 (即门) 是进风口, 风速等初始数值都是依据此处数据而输入到软件中, 因此此处的失真度是最小的。
3.3 测量点2的情况
从图3情况看, 实测值与软件模拟值的相对误差达到了19%。原因在于空气经过进风口和房间的扩散后, 在出风口处的流动发生的变化与初始数据相比较, 会有一些改变, 但此流动是稳态流动系统, 作为基础数据的风速仍然可以利用门窗的面积比值得到准确计算, 因此失真度虽然增大了, 但增大幅度仍不算大。
3.4 测量点3的情况
从图4情况看, 实测值与软件模拟值的相对误差达到了28%。原因在于测量点3并不是进或出风口, 很难对此位置进行基础数据的准确定位, 只能完全依据PHOENICS本身的模拟功能进行计算, 而测量点3周围有三面墙体, 空气流动情况较复杂, 因此加剧了失真度的大小。
3.5 测量点4的情况
图5显示失真度进一步增大, 达到了38%。原因在于此处条件类似于测量点3, 但距离进风口要更远, 因此空气流动变化更大, 模拟难度更高了。
4 结语
采用PHOENICS模拟室内污染物扩散确实有一定的效果, 并且在实际环境不太复杂, 兼有较准确基础数据输入的情况下得到的结果会更加准确。但随着实际环境复杂性的增加, 失真度也在加大。为此, 需要在软件设计、流体流场计算理论方面进行深入探讨。
参考文献
[1]Jones A.P.Indoor air quality and health[J].Atmospheric Environment, 1999, 33 (28) :4535～4564.
[2]沈晋明.室内空气品质若干误区辨析[J].暖通空调.2002, 32 (5) :37～39.
[3]Fatiborz H., Lisa De Bellis.Material emission Rates:literature review and the impact of indoor air temperature and relative humidity[J].Building and Environment.1998, 33 (5) :261～277.
[4]赵彬, 林波荣, 李宪庭, 等.室内空气分布的预测方法及比较[J].暖通空调, 2001 (4) :82～86.
室内装修工程实验室 篇4
②设计实训室：综合性实训室，可进行建筑工程制图、手绘效果图表现、模型制作等实训项目。拥有多媒体教学系统、实物投影仪、专业绘图桌等仪器设备。
③CAD辅助设计实训室：综合性实训室，可进行电脑工程图绘制、电脑效果图绘制等实训项目。拥有扫描仪、笔记本电脑、数码相机、打印机、实物投影仪、摄像机、Newclass教学系统、彩色绘图仪、等仪器设备，240台计算机。设备总值265万元。
④美术实训室：专项技能实训室，可进行设计素描、设计色彩的美术绘画实训项目。拥有多媒体教学系统、画架、各种绘画用静物等仪器设备。
提速道岔室内模拟试验条件的改进 篇5
近年来, 随着国家对铁路建设投入的不断加大, 铁路列车运行速度不断的提高, 提速道岔越来越多的被广泛的使用在沿线各车站正线上。为了适应铁路跨越式发展, 确保列车能平稳、快速通过道岔区段, 提速道岔的五线制控制电路也逐步的代替原有的普通四线制或ZD6E+J型六线制道岔控制电路。对于电务施工单位来说, 在开通前的联锁试验能否即简单又彻底, 是车站能否安全顺利开通的重要环节。因此, 提速道岔室内模拟试验条件较ZD6E+J型六线制道岔控制电路需相应的作些改进。
2 选题的目的及意义
通过自己多年的现场实践, 在做室内联锁试验时, 需要制作道岔模拟条件。通过对道岔控制电路的分析, 发现若按原来道岔四线制或六线制电路的方法制作提速道岔的模拟条件, 不仅增加了工作量, 而且对各控制线检查不彻底。提速道岔室内模拟试验的成功与否将直接影响整个联锁试验的进度, 甚至直接影响大封锁当天能否安全正点开通。因此对于施工单位来说, 提速道岔室内模拟试验条件做的好坏, 对于工程进度及能否顺利开通有着至关重要的意义。
2.1 改动原因。
图1中虚框内是普通道岔模拟试验条件示意图, 从中我们可以看出室内在做模拟条件时在表示继电器线圈上并接一个电容, 主要是考虑在交流负半周时给DBJ (FBJ) 放电, 以防止表示继电器颤动。表示电路接通公式如下:当道岔在定位 (2DQJ在吸起定位状态) 且在交流正半周时表示电路回路:II3+→1DQJ13-11→05-1→F-X1→Z11-2→F-X4→05-4→DBJ线圈1-4→2DQJ132-131→1DQJ21-23→R12-1→II4-;此时电容C1因并联在DBJ线圈上而同时进行充电。当在交流负半周时因为二极管Z1的截止, DBJ线圈依靠C1放电从而保持吸起。同理我们可以分析出道岔在反位时FBJ的表示回路在负半周时FBJ线圈是依靠C2放电从而保持吸起。从上述分析中我们可以看出虽然上述提速道岔的模拟条件可以满足室内模拟试验, 但是当一个车站提速道岔较多转辙机的控制电路中表示继电器均要焊接2个电容无形中增加了工作量, 且在试验中X2、X3在模拟试验中得不到检查。为此在原有试验模拟电路的基础上进行了部分改进。
2.2 改进后的道岔模拟条件电路原理分析。
改进后的电路图如图2所示。改进后的道岔模拟制作电路与之前电路相比较, 主要是将X1、X4、X5封连并取消了DBJ (FBJ) 线圈上并接的电容, 同时在试验过程中可以对控制电路中所有的表示电路配线都可以检查到, 大大的提高了试验效率。表示电路的接通公式如下描述:
当道岔在定位 (2DQJ在吸起定位状态) 在交流正半周时:II4+→1DQJ13-11→05-1→F-X1→F-X4→05-4→DBJ线圈1-4→2DQJ132-131→1DQJ21-23→R12-1→II3-。
在交流负半周时表示电路回路为:II3+→R11-2→1DQJ23-21→2DQJ131-132→1DQJF13-11→2DQJ111-112→05-2→F-X2→Z11-2→F-X4→F-X1→05-1→1DQJ11-13→II4-;
从上述接通公式中我们可以看出在负半周时二极管Z1处于导通状态, 通过道岔表示电路可以看成等效电路图1, 进一步分析表示电路可以等效为电路图2。在U正半周时 (3+4-) , 二极管曾受反向电压Z截止, 此时只有继电器正向导通, 表示继电器吸起;在交流负半周时继电器可以看作一个大电感, U的所有能量消耗在电阻和电感上面, 电感是储能元件, 因此我们也可以理解为此阶段正在向电感充电 (见图4) 。在U负半周时 (3-4+) , 二极管承受正向电压 (见等效电路图2) Z导通, 此时继电器不是处于正向导通的状态, 但由于导通的二极管和继电器线圈形成的电感能够构成回路, 使得电感储备的能量向二极管释放 (ID=IA+IL) , 因此我们理解为此阶段电感正在放电。所以在这个交流负半周阶段, 继电器有正向电流流过, 所以还是保持在吸起状态。同理我们也可以分析出道岔在反位时的电路原理。我们可以总结出当道岔在定位时定位表示线为X1、X2、X4;当道岔在反位时反位表示线为:X1、X3、X5。从上述分析中我们可看出上述改进后模拟电路制作完全可以满足室内模拟试验的需要, 且提速道岔X1、X2、X3、X4和X5控制线能够完整得到检查。
2.3注意事项。
因为此模拟条件制作方法是将X1、X4、X5控制线环接, 若X1、X4、X5从组合侧面至分线盘的配线发生混线或交叉时, 则得不到检查。所以在环接施工前将每组控制电路中X1、X4、X5线用万用表电阻档 (1×10) 分别从侧面05-1～X1、05-4～X4、05-5～X5到分线盘间的外配线进行校线, 经校验正确后方可进行环接施工。如果组合内部发生混线或交叉时, 则在模拟试验过程中道岔不会有表示, 试验人员可以及时发现问题并排除。
3 应用实例及效果
提速道岔室内模拟条件改进, 在京九线电气化改造和提速道岔大修施工中投入使用, 大大的减少了室内做模拟条件的工作量, 提高了工作效率, 节约了施工工期。且能对室内控制电路完整检查, 起到了预期效果。
摘要：a.改变过去普通道岔四线制或六线制电路模拟条件的制作方法, 减少模拟试验室内工作量, 提高对各控制线的检查。b.提高工作效率, 为工程顺利开通创造积极的条件。
室内模拟实验 篇6
相比于传统的统计模型,基于多径电磁计算的射线跟踪(Ray Tracing,RT)信道模型作为一种最常见的确定性模型,能够较准确地预测城市微小区以及室内场景的场强覆盖[1,2]。然而,射线跟踪算法精度严重依赖于算法所需的预设参数。参数校正方法旨在求取适用于特定场景的最佳参数集,从而提高RT预测精度。
在地球物理学和遥感领域,有一类利用雷达回波求取介质电磁参数的方法称作反演。由于雷达回波无法显示地表示为参数的函数,故常采用智能搜索算法来反演参数。反演方法有很多种,包括梯度法、牛顿法、蒙特卡洛法、遗传算法、模拟退火(Simulated Annealing,SA)算法等。文献[3]提出了一种搜索步长自适应的模拟退火反演方法,相较于传统模拟退火具有较高的搜索效率;文献[4]提出一种模拟退火与遗传算法相结合的混合算法,能够在保证全局搜索能力的前提下进一步提高局部搜索能力。
RT参数校正与地球物理学的参数反演问题在数学上具有一致性,归根结底都是一种对多元目标函数的迭代最优化方法,其正向映射关系f一般多为隐式的或较复杂,难以用解析方法直接求解。因此借助较成熟的反演及其改进方法解决RT参数校正问题是可行的。文献[5,6]虽然给出了利用模拟退火算法对室内射线跟踪算法进行参数校正的实例,但并未对搜索算法本身做出改进。此处采用了一种改进的模拟退火方法作为RT参数校正方法,既能够有效避免陷入局部最小值点,又能尽量减少正演算法y=f(X)的迭代次数,提高了算法效率。
1 射线跟踪预测模型概述
作为确定性信道模型的一种,RT模型需要对特定场景进行建模,并利用射线的发射与接收对收发天线进行仿真,以及利用追踪几何路径的方法来模拟电磁波在空间的传播。关于电磁场的计算,主要是根据自由空间传播损耗公式、反射定律、一致绕射理论(UTD)等计算得出接收点的场强或时延、到达角等多径信息[1,2,7]。RT需事先设定材料电磁参数、天线参数或其他一些待定参数。确定参数后,要利用设定好的精度准则对参数进行校正以得到最适用于当前场景的RT参数[8]。
2 模拟退火算法概述
作为最优化方法,模拟退火算法具备较好的全局寻优能力,在组合优化问题和连续空间优化问题上应用广泛。设目标函数为y=f(X),X={x1,x2,x3,…}为参数集,令目标函数表示样本接收点上的实测值与RT预测值的均方误差,则目标函数表达式为:
Ci和Mi分别表示在第i个接收点处的场强计算值和场强实测值。若Xopt表示待求解的最优参数,则Xopt满足f(Xopt)=minf(X)。理想状态下,以Mi表示的实测值可以认为是在真实的参数集Xreal作用下的第i个接收点的真实场强,则有Xopt→Xreal;但实际情况要考虑到设备精度、场景模型精度、噪声等因素,真实参数集Xreal不可测,因此所求的Xopt是对Xreal的似然估计,有时称Xopt为“等效参数”。用模拟退火实现的反演过程实际上是迭代过程,总体上看,迭代总是朝着使目标函数减小的方向进行,但也允许以一定概率接受“较差”的参数集,从而具备一定的跳脱局部极值点的能力。跳变点接收概率用Metroplise准则描述:
算法通过内部最大迭代次数n和外部温度T控制迭代的进行,通过Metroplise准则判断决定迭代是否被接受,文献[5]给出了较为详尽的算法流程。
3 参数校正算法实例
为了验证参数校正算法的可行性,本节将以某室内场景为例,根据该场景实测数据[9],利用改进的模拟退火算法进行参数校正。天线发射2.5GHz窄带信号,采用软件无线电USRP设备在室内一条接收路径上(y=1.8m;x=2.8~10.3m;z=1.5m)进行了实测[9]。场景模型示意图如图1所示。
3.1 参数集的选取
校正参数前,首先需确定参数集,即找出对场强预测结果影响较大的参数。此处采用的RT算法为自主编写射线管射线跟踪方法(C#语言实现),接收球半径作为一个重要参数,用来调整接收点接收路径数量。在电磁参数方面,相关文献通过详实地研究,发现介电常数的影响远高于另外两个———磁导率和电导率[10,11,12]。因此,此处用于校正的参数为:接收球半径R、墙面介电常数ε1、地面介电常数ε2。
3.2 搜索策略
模拟退火算法针对不同的参数应设定不同的搜索范围,搜索范围又称“扰动区间”。若区间过小,则可能忽略全局最优点,导致结果不是最优;若区间过大,则由于迭代次数过多导致收敛速度变慢或降低优化精度。因此这里采用自适应调整搜索步长[3],当“跳跃”没有被接受的次数较多时,扩大“扰动区间”以方便全局搜索。对第i个参数,扰动区间用ξi表示,则采用以下方式设定区间大小:
式中,δi表示扰动区间初始范围阈值,n为内部循环总次数,na为内部循环“跳变”没有被接受的总次数,5.0为多次试验得到的经验常数。对于本例的三个参数,初始搜索区间分别为R:0.01m~0.1m;ε1、ε2:1~15。
3.3 参数校正结果及分析
针对室内场景,初始解根据经验值设定。完整的参数校正过程较耗时,共用时4h22min(调用420次射线跟踪计算,降温28次,内部循环15次)。与固定步长相比,采用自适应搜索步长的策略,在初始区间足够宽裕时,可以有效缩小搜索区间,从而在一定程度上提高搜索精度。若采用枚举法令参数+/-固定常数以遍历参数,例如R以+0.0025从0.01递增至0.1,ε1、ε2以+1从3递增至15,则共需调用18×13×13=3042次RT计算模块,运算过于耗时且搜索精度不及SA算法。参数校正结果如表1所示。
4 结束语
本文借鉴了地球物理学中较为成熟的参数反演思想,采用了自适应搜索步长的模拟退火算法作为射线跟踪的参数校正方法。通过一个室内场景实例,对2.5GHz窄带信号进行实测和仿真,根据某一路径上的少量实测数值反推出3D射线跟踪的最优参数,成功地实现了参数校正过程,且校正后的预测结果能较好地与测量值吻合。
参考文献
[1]Iskander M F,Yun Z.Propagation Prediction Models for Wireless Communication Systems[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2002,50(3):662-673.
[2]Phillips C,Sicker D,Grunwald D.A Survey of Wireless Path Loss Prediction and Coverage Mapping Methods[J].IEEE Commnications Serveys&Tutorials,2013,15(1):255-270.
[3]张宇,张晓娟,方广有.大尺度分层介质电特性参数的反演方法研究[J].物理学报,2013,62(4):1-5.
[4]宋欢,胡耀垓,赵正予,等.基于混合遗传算法的斜测电离图参数反演[J].地球物理学报,2014,57(3):703-714.
[5]Priebe S,Jacob M,Kürner T.Calibrated Broadband Ray Tracing for the Simulation of Wave Propagation in mm and Sub-mm Wave Indoor Communication Channels[C].European Wireless 2012,Poznan,Poland,2012:1-10.
[6]Priebe S,Kannicht M,Jacob M,et al.Ultra Broadband Indoor Channel Measurements and Calibrated Ray Tracing Propagation Modeling at THz Frequencies[J].Journal of Communications and Networks,2013,15(6):547-558.
[7]Yun Z,Zhang Z,Iskander M F.A Ray-Tracing Method Based on the Triangular Grid Approach and Application to Propagation Prediction in Urban Environments[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2002,50(5):750-758.
[8]Seidel S Y,Rappaport T S.Site-Specific Propagation Prediction for Wireless In-Building Personal Communication System Design[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,1994,43(4):879-891.
[9]武博强,杨晋生,刘敬浩,等.基于USRP平台的无线信道测量设计与实现[J].电子测量技术,2014,37(2):120-123.
[10]Athanasiadou G E,Nix A R.Investigation into the Sensitivity of the Power Predictions of a Microcellular Ray Tracing Propagation Model[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2000,49(4):1140-1151.
[11]Rizk K,Wagen F,Gardiol F.Influence of Database Accuracy on Two-Dimensional Ray-Tracing-Based Predictions in Urban Microcells[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2000,49(2):631-642.
大空间建筑室内热环境的数值模拟 篇7
随着工业生产的持续发展和人们对舒适性要求的不断提高,中央空调系统在大空间建筑中的应用也越来越广泛。从保证人体舒适度和节省能耗两方面考虑,研究大空间建筑的中央空调系统是很有必要的。
1 建筑实例概况
本文所选建筑为某工厂印刷车间,位于河北保定。夏季室外计算干球温度34.8 ℃,湿球温度26.8 ℃,室外平均风速2.1 m/s,大气压力100.26 Pa;室内设计干球温度25 ℃,相对湿度50%;冬季室外计算干球温度-9 ℃,冬季室外最冷月相对湿度45%,室外平均风速3 m/s,大气压力102.04 kPa,室内设计干球温度22 ℃,相对湿度50%[2]。房间长33.0 m,宽9.0 m,吊顶高度7.8 m,建筑面积为297 m2。
2 数值模拟
2.1 物理模型
根据厂房的建筑尺寸建立三维立体模型,以东、高度、南作为坐标的x,y,z方向。吊顶布置两排风口,北侧为送风口,南侧为排风口,且送、排风口均采用散流器;北墙采用条形风口侧壁送风,风口中心距地面高度为4.0 m,南墙采用条形风口侧壁排风,风口中心距地面高度为0.4 m;在室内南侧放置了一台全自动印刷机。房间西墙、南墙为内墙,其他墙为外墙,所有门均为内门。所建立厂房的物理模型如图1所示。
本文计算对象为形状较复杂的建筑空间,在模型的网格划分中,对模型的送、排风口进行了单独划分,同时对整体模型进行区域划分。经统计,模型约划分为264 520个网格。
2.2 边界条件
房间内各模型的边界条件类型如表1所示。
3 两种空调方案下室内热环境的数值模拟及结果分析
3.1 全室性空调工况室内热环境的数值模拟
采用该厂房原有的气流组织方式进行常温送风全室性空调工况的数值模拟。
该建筑原设计采用的是常温全室性全新风空调系统,室内空调设计温度(24±2)℃,相对湿度(50±10)%,夏季送风温度为14 ℃,室内设计冷负荷为90 kW,冷负荷指标为303 W/m2,总送风量为22 000 m3/h。顶送、顶排风散流器的尺寸均为360 mm×360 mm,分别为8个;单侧条形送风口尺寸为1 500×40,共15个,单侧排风口尺寸为1 500×60,共15个。吊顶送(排)风承担总送(排)风量的30%,侧送(排)承担总送(排)风量的70%。
根据该厂房的建筑尺寸,x=10.5 m和z=2.5 m为人员的工作区,因此取x=10.5 m和z=2.5 m为分析截面。模拟结果如图2所示。
从图2a),图2b)可以看出,当采用全室性空调时,空调区域的温度在24 ℃～26 ℃,气流速度小于0.3 m/s,根据模拟结果图进行取值,在人员工作区域取点计算等效吹风感温度。经计算,
3.2 分层空调工况室内热环境的数值模拟
在大空间建筑空调设计中,为了节省初投资和运行能耗,一般采用分层空调的设计方案。
本文在对所选定的厂房进行常温送风分层空调系统模拟时,以侧墙条形风口中心标高4.0 m作为分层空调的垂直分界面,仅对4.0 m以下的区域进行空调,而对4.0 m以上的区域设置排风。由文献[2]可知,当采用分层空调时,夏季室内冷负荷减少系数可取30%进行计算。采用与全室性空调工况相同的送风温差,则总送风量降为15 400 m3/h,厂房下部南墙设单侧排风口,排风量为10 500 m3/h(约占总排风量的70%),顶部两排散流器均为排风口,排风量为5 200 m3/h(约占总排风量的30%),这时侧送风口(条形风口)尺寸为1 600 mm×40 mm,共15个,下侧排风口(条形风口)尺寸为1 500 mm×40 mm,共15个,上排风口(散流器)的尺寸为150 mm×150 mm,共16个,模拟结果如图3所示。
从图3可以看出,当采用常温送风分层空调时,房间下部空调区域的温度在24 ℃～26 ℃,气流速度小于0.3 m/s,经计算,
4 结语
对于大空间建筑,当采用全室性空调工况和分层空调工况进行数值模拟时,室内空调区域温度均在24 ℃～26 ℃,气流速度均小于0.3 m/s,ADPI均大于80%;两种空调工况室内热环境都能满足设计要求,但分层空调系统工作区域的温度分布比全室性空调系统工作区域的温度分布稍好。当采用分层空调时,室内设计冷负荷减少30%,室内热环境仍能满足设计要求,因此文献[2]提到的分层空调可节省30%的设计冷负荷是合理的。原因在于分层空调仅对下部区域进行空调,而对上部非空调区域只通风的空调方式,未考虑上部非空调区域围护结构、灯具及吊顶等形成的冷负荷,可实现制冷空调系统的节能。因此,分层空调是一种有效的节能措施,应当广泛应用于大空间建筑的空调系统设计中。
参考文献
[1]何光华,金涛.大面积厂房空调技术现状与展望[J].工程建设与设计,1999(3):16-18.
[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1993:829-886.
[3]黄雪莲,戴有为,梅启元.空调房间气流组织的数值模拟[J].南京理工大学学报,2003,8(4):355-358.
[4]王福军.计算流体力学分析——CFD软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.
室内高尔夫模拟器应用情况研究 篇8
1 研究对象和方法
以求道高尔夫俱乐部(黑龙江省规模最大的室内高尔夫俱乐部)室内高尔夫模拟器的应用情况为研究对象。以观察法、调查法、文献资料法、专家访谈法等对哈市室内高尔夫俱乐部的模拟器进行考察、研究来获取权威准确的信息数据。
2 研究结果与分析
2 . 1哈尔滨市室内高尔夫俱乐部模拟器统计情况
高尔夫模拟器最早出现于美国,随后风行世界。目前,哈尔滨市引进的产品主要有美国的About-Golf模拟器、韩国的The on高尔夫模拟器等。对哈市的高尔夫俱乐部(非俱乐部形式模拟器没有进行统计)进行调查,共有24台高尔夫模拟器,其中,韩国高尔夫模拟器7台,美国高尔夫模拟器17台,格林高尔夫俱乐部美国机器2台,格瑞斯高尔夫俱乐部韩国机器2台,哈尔滨体育学院高尔夫俱乐部韩国机器1台。美国模拟器使用数量多于韩国模拟器,其原因主要是室内俱乐部模拟器进行高尔夫教学和练习,美国机器的使用寿命比韩国机器长,被大多数俱乐部管理者所采纳。韩国模拟器在使用过程中经常出现故障,必须经过供应商专业人员维修,增加了高尔夫维护成本,耽误了俱乐部运营时间。
2 . 2高尔夫模拟器在室内俱乐部中的应用
2.2.1高尔夫模拟器应用在高尔夫教学中效果显著
自高尔夫模拟器引进哈尔滨市求道高尔夫俱乐部以来,高尔夫教练把高尔夫模拟器运用到教学中有很好的教学效果,教练教会高尔夫初学者基本的高尔夫技术后学员能够很快利用高尔夫模拟器进行自我检查,并且能够很快利用模拟器中的相关数据进行高尔夫技术调整;模拟器可以显示出高尔夫球的路径方向、球速、转速、距离洞口距离等数据,便于教练进行动作技术指导。对于球技提高者来说,高尔夫模拟器的自我校对技术能够记录学员的动作并与标准的高尔夫挥杆动作进行对比分析,提高了球手的进步幅度。
2.2.2高尔夫模拟器降低了会籍的投入成本
与以前的高尔夫球场会籍费用相比,普通的球场会籍费用将近10万,其中不包括教学费用,高尔夫模拟器应用以来,高尔夫的成本费用大大降低,室内高尔夫的会籍价格在2~6万之间,属于储值卡形式,储值卡包含教学、练习、比赛等费用。从高尔夫的投入成本来看,高尔夫模拟器降低了高尔夫运动的成本。
2.2.3丰富了俱乐部球员商务沟通的交流模式
高尔夫的作用不仅仅体现在休闲娱乐方面,高尔夫模拟器的应用使得商务休闲的地点从球场转换到室内,同时为球员商务洽谈提供了交流平台。
2.2.4高尔夫模拟器操作简单,为俱乐部运营节省人力资源
正常的高尔夫球场除了场地维护投入外,还具有专业的球童进行球具的管理,球员一边击球球童跟随其后进行服务。而高尔夫模拟器操作简单,每当比赛或者练习时,只需要专门人员在电脑上操作调到相应的比赛、训练的模式就可进行比赛或者练习;同时专门人员准备好球具,节省了人力资源。
2.2.5为高尔夫球手提供安全保障
在高尔夫模拟器的幕布后具有与幕布大小相同的金属拉丝网,主要是对迎面飞来的高尔夫球具有缓冲作用和防止电子信号对雷达的干扰作用。在幕布两侧的软包块也具有缓冲高尔夫球的冲击力的作用,这些设施确保了高尔夫运动的安全。
2.2.6高尔夫模拟器的应用不受时间、地点的限制
球员击球多在白天进行,即使在夜晚击球只能在灯光下进行。由于受到气候环境的影响,东北地区一年中近半年的时间处在较冷的环境,人们无法在冬天进行室外高尔夫运动,高尔夫模拟器最小安装面积仅需3 m×4 m×7 m的空间,室内安装,不受时间、地点的限制。利用高尔夫模拟器解决了冬季室外进行高尔夫运动的问题。
2 . 3高尔夫模拟器在应用过程中存在的问题
2.3.1韩国模拟器红外线感应发球区的设计存在局限性
韩国高尔夫模拟器设备自投入使用以来,很容易出现发球区域感应不灵的现象,很大程度上影响到球员的击球情绪。原因在于高尔夫模拟器的红外线感应有效击球区的范围较小,高尔夫球手习惯性偏离模拟器的有效击球区,引起红外线感应失误而不能测出高尔夫球的相关数据。
2.3.2模拟器的使用缺乏专业人员的管理
模拟器在使用过程中应该严格按照一定的顺序进行操作,在平时的室内模拟器运营中管理者只是培训一些服务人员简单的常规性操作,未进行专人专管,这样很容易出现非专业高尔夫模拟器操作人员进行软件的不合理操作,造成高尔夫模拟器软件的程序数据出现错误,缩短了模拟器的使用寿命,不正规的操作对软件造成严重的损坏并产生很大的经济损失。
2.3.3美国模拟器在使用过程中显示的测量数据与实际结果数据之间存在误差
美国模拟器的数据感应设备主要是雷达进行数据采集,由于受到一些信号干扰作用使得球的数据测量存在误差,例如:在模拟器应用的过程中,在进行推杆练习中,不同距离的推杆练习都会出现雷达数据不感应的现象。其原因在于雷达出现延迟性感应和受外界环境电磁波干扰出现误差。在铁杆练习中,7号铁杆的标准距离为150码,球手在练习过程中击球后,显示器显示出300码以上的成绩,显示数据远远偏离实际距离,对球手造成误导。
2.3.4俱乐部模拟器的维护保养意识不强
球员在击球过程中对模拟器的一些部件具有很大的损伤,例如,在击球过程中,对仿真草坪的污染、球在飞行过程中对幕布冲击时球体带有的污渍对幕布造成污染。幕布被牢固钉在墙体上,清理起来非常麻烦,定期清理幕布不现实,模拟器部件的污染间接影响了模拟器的使用寿命。
3 结论
(1)高尔夫模拟器在黑龙江省哈尔滨市的高尔夫俱乐部中起到了很好的效果,特别是在冬天满足了人们享受高尔夫的需求。
(2)在高尔夫教学中起了很大的辅助教学的作用,室内高尔夫成为了社会商务人员的有效交流平台,迎合了黑龙江省冬季的休闲体育市场的需要,具有很高的实际应用价值。
(3)高尔夫模拟器在哈尔滨市普及程度较低,但高尔夫模拟器的使用已经受到相关行业的关注,其应用在黑龙江省前景广阔。
4 建议
(1)建议在高尔夫模拟器红外感应区的范围内以及长、中、短推杆处设置发球标示。
(2)在高尔夫模拟器的应用中,指定专门人员对高尔夫模拟器设备进行操作管理,规范模拟软件操作流程。
(3)对高尔夫模拟器定期做好草坪清理、球面除污、幕布清洁等方面的维护。
室内模拟实验 篇9
烟气是造成火灾中人员伤亡的主要原因[1]。统计结果表明,火灾中85%以上的死亡是由于受到烟气的影响,其中大部分是吸入了烟尘及有毒气体窒息后致死的[2]。此外,烟气层的高温辐射作用还是引起室内其他可燃物着火燃烧、造成火灾蔓延扩大的主要原因[3]。因此,了解和掌握火灾时烟气在室内的流动和填充规律对控制火灾蔓延、减少火灾危害具有重要意义。以室内火灾中的烟气为研究对象,通过对烟气层质量守恒方程的求解,分析了烟气层下降过程的影响因素和规律,同时运用常用的CFAST火灾区域模型对烟气下降过程进行了数值模拟,进一步验证了理论分析结果。
1 烟气层的形成
图1为室内火灾模型发展简图。室内发生火灾后,在火源上方形成向上流动的火羽流。由于卷吸作用,羽流周围的空气不断被卷吸进来,与其中原有的烟气发生掺混作用,于是随着羽流高度的增加,其总的质量流量逐渐增加,平均温度和浓度逐渐降低。当火羽流受到房间顶棚的阻挡后,便形成水平流动的顶棚射流,沿顶棚下方向四面扩展开来。在顶棚射流向外蔓延的过程中,也要卷吸其下方的空气,但是它的卷吸能力比火羽流弱,因此顶棚射流的厚度增加不快。顶棚射流受到墙壁阻挡后,便沿壁面开始下降。然而由于烟气温度仍较高,因此它只下降不长的距离便转向上浮,不久就会在房间上部形成逐渐增厚的热烟气层。顶棚射流的不断卷吸作用使顶棚下方的热烟气层的温度升高,厚度增加。通常在烟气形成后顶棚射流仍然存在,不过这时顶棚射流卷吸的不是周围的冷空气,而是温度较高的烟气,这样顶棚附近的烟气温度越来越高,浓度越来越大,热烟气对室内下方具有较强的热辐射作用。当烟气层的厚度超过通风口的上沿时,烟气便可由此流到室外,同时室外的新鲜空气也通过开口进入室内。
2 烟气层高度的理论分析
图2所示为室内火灾中烟气的填充过程。设房间高度为H,通风口高度和宽度分别为h和w,烟气层和中性面[4]的高度分别为Y和HN,房间平面面积为A,
由于顶棚与墙壁的限制,高温烟气在房间上部积累起来,随着火灾燃烧的持续,烟气层不断增厚,距离地板的高度逐渐减小。当烟气层下降到通风口的上沿再继续下降时,由于通风口内外两侧压差的存在,将向室外排出。以烟气层为研究对象,可写出质量守恒方程为:
式(1)中,ρs为烟气的密度,t表示时间。
火灾中产生的烟气的质量一部分来自燃料,但大部分是燃烧时进入及由燃烧产物卷吸进入的空气。实验研究表明,大多数燃料的燃烧速率一般为(0.01～0.05) kg/m2s,通常为进入烟气层气体流量的(1～10)%[5]。因而近似认为烟气的生成量等于卷吸入的空气量。随着烟气流动距离的增加,卷吸的空气亦逐渐增加,烟气的质量增大。
根据托马斯等的研究结果[6],烟气的生成速率为
式(2)中,
将烟气视为理想气体,根据理想气体定律有
由式(1)～式(3)得[7]
当Y≥h时,烟气层高度尚未下降到通风口上沿,这时没有烟气流出,
对该式积分得:
其中,
当Y<h时,烟气开始经通风口向室外流出,流出的烟气质量速率可按下式计算[5]:
其中,Cd为通风口的流量系数[7],可取0.6～0.7。
将式(3)、式(4)和式(6)联立得
式(7)为一阶非线性微分方程,不能求出解析解,但从中可以看出,随着烟气层的下降,排烟速率逐渐增大,烟气层下降的速度将减缓。当烟气层下降到某一高度时,烟气产生的速率和向室外排出的速率相等,烟气层将不再下降,在该高度处达到稳定。
令方程(7)右端为零,得到烟气层稳定时的高度为
根据中性面的估算公式[4],
从式(5)可以看出,其他条件一定,火源功率越大、房间面积越小烟气层下降速度越快,房间高度越高烟气层下降到某一高度所需时间越长。同时,从式(7)看出,当烟气层下降到房间上沿以下时,下降速度还受房间通风口大小的影响,其他条件一定通风口宽度越宽、高度越高下降速度越慢。
从式(8)看到,烟气层稳定高度与火源大小和通风口大小有关。此外,烟气温度变化也对稳定高度产生影响。在忽略烟气温度变化影响的情况下,可以用式(9)粗略估算烟气层的稳定高度。
3 烟气层高度的CFAST模拟
CFAST是根据质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律建立,由美国国家标准和技术研究所(NIST)的火灾研究中心开发的火灾模拟软件,是继HAZARDⅠ和FASTLite之后应用在火灾危险计算上的第二代软件[8,9,10]。为研究火源、房间几何尺寸等对烟气层高度的影响,运用CFAST在不同条件下进行了5组单室火灾模拟,房间形状为长方体,在其中一条长边的正中央开设一扇门,在房间地板中心设置火源,火源功率恒定,具体条件设置见表1。
第一组模拟:不同火源功率下烟气层填充高度及稳定高度的模拟结果见图3和图4。
从图3可以看到,火灾发生后,随着时间推移,烟气层高度不断下降,最后稳定在某一高度基本不再变化。其他条件一定,增大火源功率,烟气层下降速度变大。
从图4可以看到,其他条件一定时,烟气层稳定高度随火源功率变化的情况比较复杂。本组模拟条件下,在0到大约0.5 kW范围内,烟气层稳定高度随火源功率增大而快速减小,在大约从1 kW到100 kW的范围内,烟气层稳定高度随火源功率增大而增大,大约150 kW以后,再增大火源功率,烟气层稳定高度又开始减小。前面的理论分析可以很好地解释这种变化情况。根据式(2),其他条件一定,火源功率增大则烟气生成量增大,同时也使烟气层温度增大,密度减小,根据式(6),排出室外的烟气量也将随之增大。因此,烟气层的稳定高度增大或是减小取决于烟气生成和排出室外的量的大小对比。本组模拟条件下,火源在小功率和大功率范围内,继续增大功率则使烟气生成量大于排出量,所以稳定高度降低,而在中火源功率条件下继续增大功率使烟气排出量大于生成量,所以稳定高度增大。
第二组模拟:不同房间面积下烟气层填充高度及稳定高度的模拟结果见图5和图6。
从图5可以看到,发生火灾后,房间面积越小,烟气层下降速度越快,尽管房间面积不同但最后都在某一高度达到稳定。
从图6可以看到,其他条件一定,烟气层稳定高度随房间面积增大而减小。根据式(8),其他条件不变的情况下,增大房间面积烟气层温度降低,从而使烟气层稳定高度降低,理论与模拟结果一致。
第三组模拟:不同房间高度下烟气层填充高度及稳定高度的模拟结果见图7和图8。
从图7可以看出,不同房间高度下烟气层高度随时间的增大而降低,最终达到稳定高度。从图8看到,其他条件一定,烟气层稳定高度随房间高度的增大而降低。从理论分析也可以得出这样的结论。其他条件不变的情况下,显然房间高度越高,烟气层温度越低,根据式(8),烟气层的稳定高度越低,与模拟结果一致。
第四组模拟:不同通风口宽度下烟气层填充高度及稳定高度的模拟结果见图9和图10。
从图9可以看到,其他条件一定,通风口宽度越小,烟气层下降速度越快,不同通风口宽度条件下烟气层最终都稳定在某一高度。从图10可以看出,其他条件一定,烟气层稳定高度随通风口宽度的增大而增加。这是因为通风口宽度的增大使排出室外的烟气量增多的缘故。
第五组模拟:不同通风口高度下烟气层填充高度及稳定高度的模拟结果见图11和图12。
从图11可以看到,其他条件一定,通风口高度越小,烟气层下降速度越快,但不同通风口高度下烟气层最终都在某一高度达到稳定。从图12可以看出,其他条件一定,烟气层稳定高度随通风口高度的增大而增加。这是因为通风口高度的增大使排出室外的烟气量增多,从而烟气层达到稳定时的高度上升。
4 结论
(1) 室内火灾中烟气层下降到某一高度达到稳定后,高度几乎不再变化。烟气层下降速度和稳定高度与火源大小以及房间面积、房间高度、通风口宽度和高度等房间几何尺寸有关。
(2) 其他条件一定,烟气层下降速度随火源功率增大而增大,随房间面积、通风口宽度和高度增大而减小。房间高度越大,烟气层下降到同一高度需要的时间越长。
(3) 其他条件一定,烟气层的稳定高度随房间面积和房间高度的增大而减小,随通风口宽度和高度的增大而增大。火源大小对烟气层稳定高度的影响主要取决于改变火源导致室内烟气生成量和排出量大小变化的对比即烟气净累积量的变化情况,如果净累积量增加则稳定高度减小,反之,稳定高度将增大。
摘要：通过对室内火灾中烟气层质量守恒方程的求解,得出了烟气层稳定高度的数学表达式,分析了影响烟气层下降速度和稳定高度的因素,并运用CFAST区域模型进行了数值模拟。结果表明,室内火灾烟气层下降到一定高度将达到稳定,下降速度和稳定高度与火源大小、房间几何尺寸等因素有关;火源功率越大、房间面积越小、通风口越小,烟气层下降速度越快;房间面积和房间高度越大、通风口越小,烟气层的稳定高度越小,改变火源如果引起烟气净累积量增加则稳定高度减小,反之,稳定高度将增大。
关键词：室内火灾,烟气层高度,稳定高度,CFAST
参考文献
[1]黄锐,杨立中,方伟峰,等.火灾烟气危害性研究及其进展.中国工程科学,2004;4(7):80—84
[2] Hietaniemi J,Kallonen R,Mikkoda E.Burning characteristics of se-lected substances:production of heat,smoke and chemical species.Fire and Materials,1999;23(4):171—185
[3]杜文锋.消防燃烧学.北京:中国人民公安大学出版社,1997
[4]杜红.防排烟工程.北京:中国人民公安大学出版社,2003
[5] Karlsson B,Quintiere J G.Enclosure fire dynamics.Boca Raton,USA:CRC Press,2000
[6]霍然,杨振宏,柳静献.火灾爆炸预防控制工程学.北京:机械工业出版社,2007
[7]霍然,胡源,李元洲.建筑火灾安全工程导论.合肥:中国科学技术大学出版社,2009
[8] Peacock R D,Jones W W,Reneke P A,et al.CFAST-consolidatedmodel of fire growth and smoke transport(version 6)user’s guide.Special Publication 1041,Gaithersburg,USA:NIST,2005
[9] Jones W W,Peacock R D,Forney G P,et al.CFAST-consolidatedmodel of fire growth and smoke transport(version 6):technical refer-ence guide.Special Publication 1041,Gaithersburg,USA:NIST,2005