城市垂直对流涡旋引擎机理研究
发布时间：2021-07-22 13:27
随着城市大气环境污染的日益严重及城市化进程步伐逐渐加快,城市大气环境污染的预防与治理越来越受到国内外的重视,为缓解城市“热岛效应”,本文通过垂直对流涡旋引擎缩比实验台及其数值模拟,研究该技术在加强城市的垂直对流,加快城市大气循环及削弱城市热岛效应的可行性,得到以下结论:（1）对几何相似的垂直对流涡旋引擎系统的实验,证明通过加热底部水平面,以热气流的浮升力作为涡旋引擎主要动力的方法能够形成龙卷风涡旋;建立数值模型,对比模拟结果与实验测量数据,误差分析显示:模拟结果与实验测量数据之间的偏差能够保持在10%左右,主要原因是底部热源加热与周围壁面之间的隔热条件无法达到理想状态而产生的偏差;结果表明:模拟结果可以准确反应实验流场内各参数变化情况。（2）利用数值模拟建立关于涡旋稳定室宽度及涡旋稳定室入口宽度与涡旋稳定室宽度的比值的正交模拟实验,研究这两个参数对涡旋结构的影响。结果显示,入口宽度对于涡旋的影响最大;利用数值模拟进行对比实验,分析可知,随着涡旋稳定室入口宽度的增加,涡旋中心的压力降低,而入口质量流量增加,出口处的涡旋强度却是先增大后减小,在入口宽度为50mm处达到最大,得到稳定室的最优...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
城市垂直对流涡旋引擎系统示意图
化为竖向涡量，由于速度的梯度变化，沿中轴线形成了贯穿汇聚区流，便可以用来模拟自然界中的存在于较大的旋转雷暴中的龙卷风龙卷风正是从自然界龙卷风形成两点重要因素出发的——上升的力[18]。认识到自然界龙卷风形成两个条件：上升的气流和水平的剪切力。呈现纵长涡结构，从流场特性上看，纵长涡接近三维点涡，其底部维点涡的速度分布出发，实际中龙卷风底部的点涡有两部分组成涡与自由涡的分界半径)时为自由涡；当 r ≤0r 时为强制涡。自然u / 2rθ= Γ π：Γ ——速度环量； r ——涡边距点涡中心半径。涡中流体的旋转速度为：20u r / 2rθ= Γ π在理想情况下，其速度分布如图 2-1 所示。
图 1-3 大气涡旋引擎结构示意图Figure 1-3 Structure of the Atmospheric Vortex Engine旋引擎中所需要的持续的热空气，其热源是受传统技术或者经低品位热源（如燃烧低浓度瓦斯，工业废热等）。这是涡旋引旋与现有的传统人造龙卷风具有本质上的不同之处：在涡旋的的人造龙卷风一般利用外力（如风机）产生一个强制力，使流涡旋，这是使用高品质的能源来产生龙卷风；而涡旋引擎是利来源，只需建立流道，便能自发地产生涡旋，这是回收流体的，保持进口和出口的温度有一个差值，系统就会持续自发的进并产生漩涡，进行热功转化后在出口排出较低温度的空气，完uis Michaud 还利用热力学循环过程对整个系统进行了分析，分卡诺循环效率近似（值得一提的是大气涡旋系统的理想热力学热力学循环类似）。同时他还与太阳能烟囱的效率进行了比较阳能烟囱其效率与烟囱的高度成比例，而常规的烟囱建造高度
【参考文献】：
期刊论文
[1]龙卷风维持特性的探索[J]. 邸浩宇,徐晶磊,高歌. 北京航空航天大学学报. 2018(05)
[2]多通道太阳能烟囱的通风性能[J]. 赵文博,雷勇刚,王飞. 兰州理工大学学报. 2016(05)
[3]中国城市大气污染治理概论[J]. 王冰,贺璇. 城市问题. 2014(12)
[4]人造龙卷风发电装置的研究[J]. 陈有添,李杏珊. 中国科技信息. 2014(11)
[5]太阳能烟囱发电系统内传热问题的数值分析[J]. 郭朋华,王元,李景银. 西安交通大学学报. 2014(03)
[6]城市热岛效应的影响机理及其作用规律——以上海市为例[J]. 彭保发,石忆邵,王贺封,王亚力. 地理学报. 2013(11)
[7]基于正交实验的大气涡旋引擎发电数值模拟研究[J]. 赵淑红,陈宁,彭伟. 南京师范大学学报(工程技术版). 2013(03)
[8]基于涡旋引擎原理的烟塔合一实验研究[J]. 梁浩,陈宁,彭伟,柳源. 华东电力. 2013(05)
[9]应用于太阳能发电的涡旋引擎技术[J]. 杨辉,陈宁. 能源与环境. 2012(01)
[10]城市热岛效应研究概况[J]. 宋轩,段金龙,杜丽平. 气象与环境科学. 2009(03)
博士论文
[1]城市大气环境治理创新模式及方法研究[D]. 何为.天津大学 2016
[2]快速城市化背景下城市热岛对土地覆盖及其变化的响应关系研究[D]. 盛莉.浙江大学 2013
[3]太阳能热气流发电系统的热动力学问题研究[D]. 明廷臻.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]基于数值模拟系统的台风涡结构模拟[D]. 李雪.哈尔滨工业大学 2009
[2]城市热岛效应成因的研究与分析[D]. 徐振东.大连理工大学 2003
本文编号：3297242
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
城市垂直对流涡旋引擎系统示意图
化为竖向涡量，由于速度的梯度变化，沿中轴线形成了贯穿汇聚区流，便可以用来模拟自然界中的存在于较大的旋转雷暴中的龙卷风龙卷风正是从自然界龙卷风形成两点重要因素出发的——上升的力[18]。认识到自然界龙卷风形成两个条件：上升的气流和水平的剪切力。呈现纵长涡结构，从流场特性上看，纵长涡接近三维点涡，其底部维点涡的速度分布出发，实际中龙卷风底部的点涡有两部分组成涡与自由涡的分界半径)时为自由涡；当 r ≤0r 时为强制涡。自然u / 2rθ= Γ π：Γ ——速度环量； r ——涡边距点涡中心半径。涡中流体的旋转速度为：20u r / 2rθ= Γ π在理想情况下，其速度分布如图 2-1 所示。
图 1-3 大气涡旋引擎结构示意图Figure 1-3 Structure of the Atmospheric Vortex Engine旋引擎中所需要的持续的热空气，其热源是受传统技术或者经低品位热源（如燃烧低浓度瓦斯，工业废热等）。这是涡旋引旋与现有的传统人造龙卷风具有本质上的不同之处：在涡旋的的人造龙卷风一般利用外力（如风机）产生一个强制力，使流涡旋，这是使用高品质的能源来产生龙卷风；而涡旋引擎是利来源，只需建立流道，便能自发地产生涡旋，这是回收流体的，保持进口和出口的温度有一个差值，系统就会持续自发的进并产生漩涡，进行热功转化后在出口排出较低温度的空气，完uis Michaud 还利用热力学循环过程对整个系统进行了分析，分卡诺循环效率近似（值得一提的是大气涡旋系统的理想热力学热力学循环类似）。同时他还与太阳能烟囱的效率进行了比较阳能烟囱其效率与烟囱的高度成比例，而常规的烟囱建造高度
【参考文献】：
期刊论文
[1]龙卷风维持特性的探索[J]. 邸浩宇,徐晶磊,高歌. 北京航空航天大学学报. 2018(05)
[2]多通道太阳能烟囱的通风性能[J]. 赵文博,雷勇刚,王飞. 兰州理工大学学报. 2016(05)
[3]中国城市大气污染治理概论[J]. 王冰,贺璇. 城市问题. 2014(12)
[4]人造龙卷风发电装置的研究[J]. 陈有添,李杏珊. 中国科技信息. 2014(11)
[5]太阳能烟囱发电系统内传热问题的数值分析[J]. 郭朋华,王元,李景银. 西安交通大学学报. 2014(03)
[6]城市热岛效应的影响机理及其作用规律——以上海市为例[J]. 彭保发,石忆邵,王贺封,王亚力. 地理学报. 2013(11)
[7]基于正交实验的大气涡旋引擎发电数值模拟研究[J]. 赵淑红,陈宁,彭伟. 南京师范大学学报(工程技术版). 2013(03)
[8]基于涡旋引擎原理的烟塔合一实验研究[J]. 梁浩,陈宁,彭伟,柳源. 华东电力. 2013(05)
[9]应用于太阳能发电的涡旋引擎技术[J]. 杨辉,陈宁. 能源与环境. 2012(01)
[10]城市热岛效应研究概况[J]. 宋轩,段金龙,杜丽平. 气象与环境科学. 2009(03)
博士论文
[1]城市大气环境治理创新模式及方法研究[D]. 何为.天津大学 2016
[2]快速城市化背景下城市热岛对土地覆盖及其变化的响应关系研究[D]. 盛莉.浙江大学 2013
[3]太阳能热气流发电系统的热动力学问题研究[D]. 明廷臻.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]基于数值模拟系统的台风涡结构模拟[D]. 李雪.哈尔滨工业大学 2009
[2]城市热岛效应成因的研究与分析[D]. 徐振东.大连理工大学 2003
本文编号：3297242
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