·1062· 工程科学学报，第41卷，第8期 single-person activity.It is suitable as the basic oxygen-enriched supply for the single-person under air conditioning conditions where are lack of oxygen. KEY WORDS air-conditioning room;anoxic conditions;oxygen-enrichment;air distribution 近年来针对狭窄密闭空间（如高海拔地区隧 力计算方法，有效解决经典计算公式中压力求解问 道、飞船、潜水艇、矿井等)缺氧环境下的补氧方法 题.第二种方法是理论分析射流截面速度的高斯分 及气流组织流动特性的研究较多-]，技术也相对 布-].第三种方法是CFD数值模拟.随着计算 成熟：但对常规密闭空调房间（如写字楼、办公室、 机技术的不断发展，CD方法已被越来越多的研究 商场、超市)的缺氧问题研究较少，仅见刘应书等[) 者所采用.曲延鹏等[]基于Fluent采用不同湍流 对相对密闭的大空间局部圆形单出氧口弥散供氧流 模型研究圆形射流流动特性，认为标准k-ε模型能 动特性及其富氧效果进行了实验研究，提出弥散供 得到较合理结果：柯道友等[20]基于C℉D模拟研究 氧.实际上由于场所密闭、环境污染等因素造成的 氢气泄漏过程，结果准确预测氢气泄漏的扩散和运 常规密闭空调房间的缺氧问题长期存在且容易被人 动规律，适用于应急处理：汪健生等2]基于数值模 们忽视，该问题也一直影响着人们身心健康和工作 拟研究冲击射流的换热特性.因此，本文基于实验 效率[-).人们长期在“微缺氧”的密闭环境下生 及CFD数值模拟分别研究非空调工况下以及空调 活和工作，容易产生头痛、胸闷、疲劳、烦躁、失眠、皮 工况的送氧口个数、送氧口管径、送氧流量及送氧方 肤过敏等诸多身体问题[] 式、不同的气流组织形式（同侧上送下回、异侧上送 为了有效改善密闭空调房间内部的缺氧问题， 下回)等发生变化对密闭建筑空间室内的富氧特性 满足人们的生理需求并提高工作效率，可向密闭空 及富氧效果的影响，以期为密闭空调房间缺氧环境 调房间进行局部送氧，该种方式不但可以较好解决 下供氧装置的选择和布置、密闭空调房间富氧安全 空调房间的缺氧问题，而且可以有效减少新风量，达 标准的制定、改善空调房间新风量和降低空调能耗 到改善室内空气品质及降低能耗的双重效果.北京 等提供参考 科技大学刘应书教授也指出，利用专用制氧设备产 1数学模型及计算方法 生氧气来增加密闭建筑空间环境中的氧含量，有望 为改善室内空气品质提供一条新途径[] 1.1物理模型 较高浓度的氧气自送氧口向密闭建筑房间喷射 本文以某大学人工气候室为研究对象建立三维 所形成的流动为气体射流.对射流问题，研究的方 数学模型，其建筑尺寸为长6.8m、宽4m、高2.9m, 法通常有以下三种：第一种方法是通过实验数据获 共放置4把桌椅，具体的物理模型，如图1所示，其 得实用的经验关系式.刘振翼等1)进行了C0,管线 中x轴为长度方向，y轴为宽度方向，z轴为高度方 泄漏小尺度的实验研究，通过幂函数拟合得到监测 向.分别对房间内非空调工况下的纯弥散供氧及空 点峰值浓度曲线，并确定了生产现场的安全距离：金 调工况下室内富氧进行研究，即非空调工况下的纯 梧凤等对可燃制冷剂R32室内空调器泄漏的扩 弥散供氧时（无空调，空调送、回风口关闭，送氧口 散特性进行了实验研究.付建民等[6通过搭建液 供氧)，研究送氧口个数、送氧口管径、送氧流量及 相管道小孔泄漏实验系统，提出了小孔泄漏稳定压 送氧方式等不同时的室内气体流动特性及富氧效 空调送风口 空调送风口 空调回风口 送氧口 送氧口 空调回风口 (b) 图1某人工气候室的物理模型（空调工况，单送氧孔）.(a)异侧上送下回：(b)同侧上送下回 Fig.I Physical model of the artificial climate chamber(air conditioning,single oxygen feeding port):(a)up-inlet and down-outlet on the opposite side;(b)up-inlet and down-outlet on the same side工程科学学报,第 41 卷,第 8 期 single鄄person activity. It is suitable as the basic oxygen鄄enriched supply for the single鄄person under air conditioning conditions where are lack of oxygen. KEY WORDS air鄄conditioning room; anoxic conditions; oxygen鄄enrichment; air distribution 近年来针对狭窄密闭空间(如高海拔地区隧 道、飞船、潜水艇、矿井等) 缺氧环境下的补氧方法 及气流组织流动特性的研究较多[1鄄鄄8] ,技术也相对 成熟;但对常规密闭空调房间(如写字楼、办公室、 商场、超市)的缺氧问题研究较少,仅见刘应书等[9] 对相对密闭的大空间局部圆形单出氧口弥散供氧流 动特性及其富氧效果进行了实验研究,提出弥散供 氧. 实际上由于场所密闭、环境污染等因素造成的 常规密闭空调房间的缺氧问题长期存在且容易被人 们忽视,该问题也一直影响着人们身心健康和工作 效率[10鄄鄄11] . 人们长期在“微缺氧冶的密闭环境下生 活和工作,容易产生头痛、胸闷、疲劳、烦躁、失眠、皮 肤过敏等诸多身体问题[12] . 为了有效改善密闭空调房间内部的缺氧问题, 满足人们的生理需求并提高工作效率,可向密闭空 调房间进行局部送氧,该种方式不但可以较好解决 空调房间的缺氧问题,而且可以有效减少新风量,达 到改善室内空气品质及降低能耗的双重效果. 北京 科技大学刘应书教授也指出,利用专用制氧设备产 生氧气来增加密闭建筑空间环境中的氧含量,有望 为改善室内空气品质提供一条新途径[13] . 图 1 某人工气候室的物理模型(空调工况,单送氧孔)郾 (a) 异侧上送下回; (b) 同侧上送下回 Fig. 1 Physical model of the artificial climate chamber(air conditioning, single oxygen feeding port): (a) up鄄inlet and down鄄outlet on the opposite side; (b) up鄄inlet and down鄄outlet on the same side 较高浓度的氧气自送氧口向密闭建筑房间喷射 所形成的流动为气体射流. 对射流问题,研究的方 法通常有以下三种:第一种方法是通过实验数据获 得实用的经验关系式. 刘振翼等[14]进行了 CO2管线 泄漏小尺度的实验研究,通过幂函数拟合得到监测 点峰值浓度曲线,并确定了生产现场的安全距离;金 梧凤等[15] 对可燃制冷剂 R32 室内空调器泄漏的扩 散特性进行了实验研究. 付建民等[16] 通过搭建液 相管道小孔泄漏实验系统,提出了小孔泄漏稳定压 力计算方法,有效解决经典计算公式中压力求解问 题. 第二种方法是理论分析射流截面速度的高斯分 布[17鄄鄄18] . 第三种方法是 CFD 数值模拟. 随着计算 机技术的不断发展,CFD 方法已被越来越多的研究 者所采用. 曲延鹏等[19] 基于 Fluent 采用不同湍流 模型研究圆形射流流动特性,认为标准 k鄄鄄 着 模型能 得到较合理结果;柯道友等[20] 基于 CFD 模拟研究 氢气泄漏过程,结果准确预测氢气泄漏的扩散和运 动规律,适用于应急处理;汪健生等[21] 基于数值模 拟研究冲击射流的换热特性. 因此,本文基于实验 及 CFD 数值模拟分别研究非空调工况下以及空调 工况的送氧口个数、送氧口管径、送氧流量及送氧方 式、不同的气流组织形式(同侧上送下回、异侧上送 下回)等发生变化对密闭建筑空间室内的富氧特性 及富氧效果的影响,以期为密闭空调房间缺氧环境 下供氧装置的选择和布置、密闭空调房间富氧安全 标准的制定、改善空调房间新风量和降低空调能耗 等提供参考. 1 数学模型及计算方法 1郾 1 物理模型 本文以某大学人工气候室为研究对象建立三维 数学模型,其建筑尺寸为长 6郾 8 m、宽 4 m、高 2郾 9 m, 共放置 4 把桌椅,具体的物理模型,如图 1 所示,其 中 x 轴为长度方向,y 轴为宽度方向,z 轴为高度方 向. 分别对房间内非空调工况下的纯弥散供氧及空 调工况下室内富氧进行研究,即非空调工况下的纯 弥散供氧时(无空调,空调送、回风口关闭,送氧口 供氧),研究送氧口个数、送氧口管径、送氧流量及 送氧方式等不同时的室内气体流动特性及富氧效 ·1062·