摘 要

随着经济的发展，邮轮旅行已经成为一种新的旅游方式。为了让旅客和船员处于舒适，温暖的条件下进行休息或者工作，进而提升空调性能的舒适度，这种做法具有特别重大的现实意义。但是，到目前为止，空调通风系统的设计在业内还未形成一致认同的理论成果和较为准确的设计方法，大多数的设计都是站在前人的基础上，依照以往的设计或者自身的经验来制作的。对于空调通风管道，各个房间内各个位置处的详细的流速，压力，温度的分布情况也无法第一时间得知，通风效果的好坏也必须等到船舶建造完成后通过专业的实验测量才可以得到。众所周知，空调通风系统内部的温度场和流场本身就是一个复杂的问题，它受到很多的因素影响（例如：管道的形状，材料，结构，通风量等）。而且，如果空调通风系统的设计仅仅依照以往的经验即不能在原有的基础上创新提升质量，并且不是很科学，也特别容易造成较大的误差导致大量的返工，使人力，物力，财力资源浪费，影响建造船舶的进程和质量。

但是，如果可以在工程设计之前，就可以提前得知空调通风系统内部各点的温度场和流场的分布情况以及通风效果的好坏，在船舶还未开始建造之前的基础上，然后预先发现工程设计方案中存在的一些问题，缺陷，这样将会大大提高船舶空调系统的质量，具有十分重要的现实意义。本文将通过ANSYS软件下Fluent分析空调通风系统内部的空气的分布情况，然后根据数值分析，找到系统中存在的不足并在这个成果上提出相应的优化空调通风系统的方法。

本文首先根据武汉理工大学船员培训室的中央教学空调的通风系统的技术方案，先确定好空调通风系统的通风量，并且在PROE软件下建立好空调通风系统的物理模拟，再在ANSYS软件下Fluent进行三维湍流的数值模拟计算，最后在根据实验分析后的数据分析空调通风系统内部各点的温度场和流场的分布情况并在这个基础上找到设计方案中存在的缺陷与问题。

关键字：温度场，流场，ANSYS,Fluent，三维湍流

Abstract

With the development of the economy, cruise travel has become a new way of tourism. In order to allow passengers and crew in a comfortable, warm conditions to rest or work, and then improve the comfort of air conditioning performance, this approach has a particularly significant practical significance. However, so far, the design of air conditioning and ventilation systems in the industry has not yet formed a consensus on the theoretical results and more accurate design methods, most of the design is standing on the basis of predecessors, in accordance with the previous design or their own experience To produce. For the air conditioning and ventilation pipes, the various locations within the room at the detailed flow rate, pressure, temperature distribution can not be the first time that the ventilation effect must wait until the completion of the ship after the completion of professional experimental measurements can be The It is well known that the temperature field and the flow field inside the air conditioning and ventilation system are themselves a complex problem and are affected by many factors (eg, pipe shape, material, structure, ventilation, etc.). Moreover, if the air conditioning and ventilation system design only in accordance with past experience that can not be based on the original innovation to improve quality, and not very scientific, but also particularly likely to cause a large error caused a large number of rework, so that human, material and financial resources waste , Affecting the progress and quality of the construction of the ship.

However, if you can design before the project, you can know in advance the air conditioning and ventilation systems within the various points of the temperature field and the distribution of the flow field and the ventilation effect is good or bad, before the ship has not yet started construction on the basis of, and then pre-discovered Engineering design program in some of the problems, defects, which will greatly improve the quality of the ship air conditioning system, has a very important practical significance. In this paper, the distribution of air inside the air conditioning and ventilation system is analyzed by ANSYS software. Then, according to the numerical analysis, the existing problems in the system are found and the corresponding methods of optimizing the air conditioning and ventilation system are put forward.

In this paper, according to the technical scheme of the ventilation system of the central teaching air conditioning system of the crew training room of Wuhan University of Technology, the air volume of the air conditioning and ventilation system is determined first, and the physical simulation of the air conditioning and ventilation system is established under the PROE software. Under the ANSYS software, Finally, the distribution of temperature field and flow field in the air conditioning and ventilation system is analyzed based on the data after the experiment, and the defects and problems in the design scheme are found on this basis.

Key words: temperature field, flow field, ANSYS, Fluent, three - dimensional turbulence

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究的背景 1

1.2 研究的意义 2

1.3 FLUENT软件简介 2

1.4 国内外研究现状分析 3

1.4.1 船舶空调系统建模国内外研究现状 3

1.4.2 空调系统多物理场分析国内外现状 4

1.5 研究的主要内容 4

1.6 研究的方案及技术路线 5

1.6.1 研究的关键技术 5

1.6.2 研究的技术方案 6

第二章 空调通风系统概述 9

2.1 实验空调组成 9

2.2 空调系统原理说明 9

2.3 空气的设计参数 10

2.4 空调通风的目的 11

2.5 通风设计的原则 12

第三章 数值模拟计算 15

3.1 空调房间的冷负荷 15

3.1.1 围护结构传入室内热量形成的冷负荷 15

3.1.2 人体散热形成的冷负荷 17

3.1.3 灯光照明散热形成的冷负荷 17

3.1.4 建筑物制冷系统的总冷负荷 17

3.1.5 空调房间的散湿量 18

3.2 进风口风量的分配 18

3.3 进口送风速度的确定 19

3.4 水力直径的确定 19

3.5 数值模拟计算的前提条件 20

3.6 边界条件的分析 20

3.7 三维模型的建立 21

3.8 网格的划分 22

3.9 计算参数的设定 23

3.10 模拟计算 26

第四章 多物理场分析及优化设计 28

4.1 空调通风系统气流内部温度场 28

4.2 空调通风系统气流内部速度场 29

4.3 空调通风系统内部压力场 30

4.4 空调通风系统优化 31

第五章 总结和展望 33

5.1 总结 33

5.2 今后的展望 33

参考文献 34

致谢 35

第一章 绪论

1.1 研究的背景

近年来，随着中国经济长期快速的发展，人民的生活水平日益提高，精神追求也不断得到满足，旅游消费的需求空前剧增，旅游的形式也多种多样，已经由游览观光方式向度假休闲方式转变。目前，中国一大批旅游消费者十分青睐在国际旅游行业已经发展十分成熟的大型游轮旅游的方式，这种旅行即将成为当下一种新兴的充满了激情，魅力的大众旅游方式。人民生活水平的提高，进而推动了旅游航业的快速发展，使得旅游产品的性能也随之不断完善，不断提高。在游轮旅游方面，船舶空调的作用举足轻重，它是舒适度型空调，可以满足船上旅客对于环境舒适的要求并且通过改善船舶舱室内的环境温度也可以很大程度上提高船员的工作效率。因为船上的人员流动性较大，房间内的空气流动通常也是由空调供暖制冷来完成的，通风系统辅助用来提高房间内空气的质量，以达到旅客和船员对于自身的空气新鲜度，工作或休息温度的要求。因为船舶航行在不同航区不同气候的环境下会导致船舶室内外温差度动频率很高，影响船上旅客和船员的正常作息。由此可见，为了使得船上所有的旅客和船员都可以在舒适，温暖的环境下进行工作或休息，研究如何提高船舶空调的性能具有十分重要的现实意义。

整个世界船舶制造行业已经开始迈进“数字化”的时代，从设计船舶工程建造的最开始就广泛使用应用虚拟现实，CAPP,CAE,CAD等技术，其最基本的特征就是建模仿真与优化^【1】。FLUENT软件目前受到越来越多的重视和使用正是因为其自身拥有十分强大的功能和作用。FLUENT软件是建立在CFD计算机软件群基础上进行设计的，并在此基础上，具体问题具体分析，对于任何一种流动的物理问题，分析其自身的特点，然后选用一种适合它的数值解法来进行计算，这样可以在计算的速度，稳定的性能和精确度等各个方面都能够达到最优解。N-S方程组的求解方法是FLUENT软件它的最为核心部分，合理利用压力校正法，把它当做低速不可压流动的不可或缺计算方法，这其中还包括SIMPLE, SIMPIEC, SIMPLER ，PISO等。它的计算精度和稳定性远远胜于传统编程系统中使用的有限差分法是因为它使用的是有限元离散方程作为求解方程。离散格式是数值耗散很低，精度较高以及构造相对简单的对流项二阶迎风插值格QUICK格式（Quadratic Upwind Interpolation for Convection Kinetics scheme）。但是，对于可压缩流动，通常采取的是耦合法，即质量守恒方程，动量守恒方程，能量守恒方程联立来求解。模型湍流是CFD软件的主要组成部分，其中包括FLUENT软件。FLUENT技术在很多领域都得到了大量的实践应用，正是因为FLUENT技术的强大功能和很多优点，FLUENT大量的应用在很多领域，而且也正成为船舶工程领域内强有力的工具^【2】。

1.2 研究的意义

在工程造船设计中，怎样设定空调通风系统的通风量，怎样安排出风口和金粉口的，怎样进行流量的分配等问题，这些问题都是工程师们依照以往的经验来解决的，到现在为止，造船行业内还未形成一套十分成熟的理论和科学准确的方法，虽然依照以往的经验来进行设计船舶简单易行，但是其中也存在诸多缺点，例如不同经验的人可能会在工程设计上造成不一样的误差情况，由于只能简单的了解空调通风系统内部一些简单的数据，不能够知道能不能达到理想的效果，所以没有办法得到它的内部空气流体具体的温度，压力，速度的具体分布情况，通风效果的好坏也必须等到船舶建造完成后通过专业的实验测量才可以得到。这特别容易造成较大的误差导致大量的返工，使人力，物力，财力资源浪费，影响建造船舶的进程和质量。