一种基于CFD的剧场送风口选型方法及选型系统与流程

一种基于cfd的剧场送风口选型方法及选型系统
技术领域
1.本发明涉及剧场通风技术领域，尤其涉及一种基于cfd的剧场送风口选型方法及选型系统。


背景技术：

2.在剧场这种高大建筑内，需要对其内部气流的流通进行缜密的设计，使得剧场气流组织能够满足生产工艺和人体舒适的要求，其中，气流组织是指对气流流向和均匀度按一定要求进行组织，通常是通过合理的布置送风口与出风口，使得经过净化和热湿处理的空气，由送风口送入剧场后，在扩散与混合的过程中，使工作区形成比较均匀而稳定的温度、湿度、气流速度和洁净度。
3.剧场的风口是气流进入或流出剧场的通道，风口是送风系统的组成部分之一，风口有多种型号和型号供选择，若是未能选取合适的风口，则容易造成剧场内部气流的流速不定以及剧场内部的温度不均匀，不满足人体舒适的要求。
4.现有技术中，设计人员通常根据风口样本中标注的不同尺寸风口送风距离来确定风口型号、送风风速和风口尺寸，这种方式具有不足之处，未经过科学的比较，仅仅基于经验选择风口型号，剧场内部分区域的送风速度可能低于或者高于所需值，剧场内的温度也不均匀，部分区域温度过高或过低，为了能够更为准确的选择风口型号，提出了一种基于cfd的剧场送风口选型方法。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种基于cfd的剧场送风口选型方法及选型系统，能够更为准确更为科学的选择剧场内送风系统的风口型号。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
9.一方面提出了一种基于cfd的剧场池座区送风口选型方法，包括：
10.获取剧场的网格模型；
11.基于cfd软件模拟所述剧场的网格模型在设定的剧场送风口工作参数下的温度场和风速场，所述剧场送风口工作参数包括送风速度和送风温度；
12.判断剧场的池座区的温度场、风速场以及舒适性数值是否均满足预定的要求，若是，将当前送风速度作为理想送风速度，若否，调整当前送风速度直至所述温度场、所述风速场与所述舒适性数值均满足预定的要求，并将调整后的送风速度作为理想送风速度；
13.根据所述理想送风速度，以及预定的风口送风量和剧场噪声阈值对剧场送风口进行选型。
14.进一步地，所述获取剧场的网格模型包括：
15.建立所述剧场的空间模型；
16.对所述剧场的空间模型进行网格化处理，得到所述剧场的网格模型，所述剧场的网格模型包括若干个单元网格。
17.由上述技术方案可知，在cfd软件上可以将空间模型划分成所需数量的计算网格，得到合适的网格模型。
18.进一步地，判断池座区的所述温度场、所述风速场和所述舒适性数值是否均满足预定的要求包括下列步骤：
19.设定所述剧场送风口的送风温度与送风速度，基于cfd软件预测在所设定的所述送风速度以及所述送风温度下剧场各处的风速与温度，得到剧场的的温度场与风速场；
20.从所述剧场的温度场与风速场中获取剧场的池座区的温度与风速，进一步获取池座区人员高度处的温度与风速；
21.基于所述池座区人员高度处的温度与风速，计算池座区人员高度处每个单元网格的有效通风温度，基于所述池座区人员高度处每个单元网格的有效通风温度计算出池座区人员高度处舒适性数值；
22.设定所述预定的要求，所述预定的要求包括池座区的温度阈值、池座区的风速阈值以及池座区的舒适性阈值；
23.比较池座区人员高度处最大风速是否小于所述池座区的风速阈值，若是，进行下一步骤，若否，重新设定所述送风速度，直至满足所述预定的要求；
24.比较池座区人员高度处最高温度是否小于所述池座区的温度阈值，若是，进行下一步骤，若否，重新设定所述送风速度，直至满足所述预定的要求；
25.比较池座区人员高度处舒适性数值是否大于所述池座区的舒适性阈值，若是，进行下一步骤，若否，重新设定所述送风速度，直至满足所述预定的要求；
26.确定满足所述预定的要求的所述送风速度，并将确定的满足所述预定的要求的所述送风速度作为理想送风速度。
27.由上述技术方案可知，理想送风速度下的池座区风速与温度需要同时满足温度阈值和风速阈值，理想送风速度下的池座区风速受送风口送风速度影响，池座区温度也受送风口送风速度影响。
28.进一步地，根据所述理想送风速度，参照预定的风口送风量和剧场噪声阈值对剧场送风口进行选型包括下列步骤：
29.设定送风口送风量阈值；
30.设定剧场噪声阈值；
31.选择同时满足所述理想送风速度、所述送风口送风量阈值和所述剧场噪声阈值的送风口。
32.进一步地，所述剧场包括舞台区、池座区与楼座区。
33.由上述技术方案可知，所述剧场还包括出风口，所述出风口位于池座区的两侧，出风口配合送风口实现空气流通。
34.进一步地，采用以下任一方式选择满足所述噪声阈值的送风口：
35.方式一，获取多种型号风口的技术参数，设定噪声阈值，在满足所述温度阈值和风速阈值的多个型号送风口中，人工选择其中符合所设定噪声阈值的送风口；
36.方式二，获取多种型号风口的技术参数，将技术参数输入至计算机内，将满足所述
温度阈值和所述风速阈值的送风口类型输入至计算机内，将所述噪声阈值输入计算机内，通过计算机的对比程序自行比较，选择满足所述噪声阈值的风口。
37.进一步地，判断池座区人员高度处风速是否小于所述风速阈值的方式有两种：
38.方式一，通过人工对比所述池座区人员高度处最大风速与所述风速阈值的大小；
39.方式二，通过计算机对比所述池座区人员高度处最大风速与所述风速阈值的大小。
40.进一步地，所述人员高度处为人员坐在所述楼座区时其头部所在区域。
41.另一方面，提出了一种基于cfd的剧场送风口选型系统，包括储存器与处理器，所述处理器在处理所述储存器保存的计算机程序时实现如上所述的基于cfd的剧场送风口选型方法。
42.(三)有益效果
43.本发明的基于cfd的剧场送风口选型方法及选型系统有益效果是：本发明中，通过cfd软件建立剧场内部空间的物理模型，再将物理模型分成计算网格，最后通过计算、分析与对比数据，使得送风口在进行选型时，更加的科学、更加的准确。
附图说明
44.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
45.图1为本发明一个实施例的方法流程图；
46.图2为本发明一个实施例的剧场结构图；
47.图3为本发明一个实施例在送风速度为12m/s时anasys fluent对室内各处气体流速的预测图；
48.图4为本发明一个实施例在送风速度为9m/s时anasys fluent对室内各处气体流速的预测图；
49.图5为本发明一个实施例在送风速度为8m/s时anasys fluent对室内各处气体流速的预测图；
50.图6为本发明一个实施例在送风速度为7m/s时anasys fluent对室内各处气体流速的预测图；
51.图7为本发明一个实施例在送风速度为12m/s时anasys fluent对室内各处温度的预测图；
52.图8为本发明一个实施例在送风速度为12m/s时anasys fluent对室内各处温度的预测图；
53.图9为本发明一个实施例在送风速度为12m/s时anasys fluent对室内各处温度的预测图；
54.图10为本发明一个实施例在送风速度为12m/s时anasys fluent对室内各处温度的预测图；
55.图11为本发明一个实施例在送风速度为12m/s时anasys fluent对池座区的edt的预测图；
56.图12为本发明一个实施例在送风速度为9m/s时anasys fluent对池座区的edt的
预测图；
57.图13为本发明一个实施例在送风速度为8m/s时anasys fluent对池座区的edt的预测图；
58.图14为本发明一个实施例在送风速度为7m/s时anasys fluent对池座区的edt的预测图；
59.图15为本发明一个实施例池座区的空气分布特性指标与送风速度关系对照坐标图。
60.其中，上述附图包括以下附图标记：
61.100、剧场；101、池座区；102、楼座区；103、舞台区；104、风口。
具体实施方式
62.为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
63.实施例
64.如图1与图2所示，一方面，本发明一个实施例的基于cfd的剧场送风口选型方法，包括：获取剧场的网格模型；
65.基于cfd软件模拟所述剧场的网格模型在设定的剧场送风口工作参数下的温度场和风速场，所述剧场送风口工作参数包括送风速度；
66.判断剧场的池座区的温度场、风速场以及舒适性数值是否均满足预定的要求，若是，将当前送风速度作为理想送风速度，若否，调整当前送风速度直至所述温度场、所述风速场与所述舒适性数值均满足预定的要求，并将调整后的送风速度作为理想送风速度；
67.根据所述理想送风速度，以及预定的风口送风量和剧场100空间噪声阈值对剧场送风口进行选型。
68.其中，cfd为计算流体动力学，以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题，在本实施例中，采用cfd学科中常用的rhino建立剧场100的内部空间的物理模型，采用icem将该物理模型进行划分，划分为大量的计算网格，计算网格的数量可以在几千至几百万之间进行选择，将计算网格输入至anasys fluent中，anasys fluent的作用在于通过有限体积法求解流动和传热问题，向anasys fluent输入送风口的送风速度，通过anasys fluent可以预测出剧场100的内部空间各处的风速以及温度。
69.进一步地，所述获取剧场的网格模型包括：
70.建立所述剧场100的空间模型；
71.对所述剧场的空间模型进行网格化处理，得到所述剧场的网格模型，所述剧场的网格模型包括若干个单元网格。
72.将所述剧场100的空间模型导入到icem中，通过icem对空间模型进行网格化处理，得到所述剧场的网格模型，在cfd软件上可以将空间模型划分成所需数量的计算网格，得到合适的网格模型。
73.进一步地，将所述剧场的空间模型导入至anasys fluent，通过anasys fluent预测池座区101的温度场与风速场，判断池座区101的所述温度场、所述风速场和所述舒适性
数值是否均满足预定的要求包括下列步骤：
74.设定所述剧场送风口的送风温度与送风速度，基于cfd软件预测在所设定的所述送风速度以及所述送风温度下剧场各处的风速与温度，得到剧场的的温度场与风速场；
75.从所述剧场的温度场与风速场中获取剧场的池座区的温度与风速，进一步获取池座区人员高度处的温度与风速；
76.基于所述池座区人员高度处的温度与风速，计算池座区人员高度处每个单元网格的有效通风温度，基于所述池座区人员高度处每个单元网格的有效通风温度计算出池座区人员高度处舒适性数值；
77.设定所述预定的要求，所述预定的要求包括池座区的温度阈值、池座区的风速阈值以及池座区的舒适性阈值；
78.比较池座区人员高度处最大风速是否小于所述池座区的风速阈值，若是，进行下一步骤，若否，重新设定所述送风速度，直至满足所述预定的要求；
79.比较池座区人员高度处最高温度是否小于所述池座区的温度阈值，若是，进行下一步骤，若否，重新设定所述送风速度，直至满足所述预定的要求；
80.比较池座区人员高度处舒适性数值是否大于所述池座区的舒适性阈值，若是，进行下一步骤，若否，重新设定所述送风速度，直至满足所述预定的要求；
81.确定满足所述预定的要求的所述送风速度，并将确定的满足所述预定的要求的所述送风速度作为理想送风速度。
82.需要注意的是，在cfd学科所用到的流体分析软件中，可以采用revit、sketch up等替代rhino建立剧场100的空间模型，可以采用gambit、ansys meshing、fluent meshing等替代icem将剧场100的空间模型划分计算网格，可以采用star ccm、openfoam、cfx等替代anasys fluent进行数据的分析与比较。
83.本实施例中，比较池座区101人员高度处舒适性数值与池座区101的舒适性阈值的具体步骤为：基于池座区的温度场与风速场，获取池座区人员高度处的温度与风速，根据有效通风温度(edt)和室内风速的关系公式：edt＝(t
i-tn)-7.66(u
i-0.15)，其中ti、tn与ui分别池座区的每个单元网格的空气温度、空气流速以及室内设计温度，计算各池座区的单元网格的有效通风温度的数值，统计出各个池座区的单元网格的有效通风温度，统计edt＞-1.7以及edt＜1.1的edt的个数，将此个数除以池座区的单元网格的总数，求得空气分布特性指标adpi，比较所求得的adpi与人员高度处舒适性数值(人员高度处舒适性数值为预定的舒适性数值)。
84.根据所述理想送风速度，参照预定的风口送风量和剧场噪声阈值对剧场送风口进行选型包括下列步骤：
85.设定送风口送风量阈值；
86.设定剧场噪声阈值；
87.选择同时满足所述理想送风速度、所述送风口送风量阈值和所述剧场噪声阈值的送风口。
88.所述剧场100空间包括舞台区103、池座区101与楼座区102。
89.本实施例中，通过anasys fluent可以分别预测出舞台区103、池座区101与楼座区102的温度场和风速场，风口的安装形式为侧送下回形式，送风口104设置在剧场100的侧
面，出风口设置在剧场100的下方。
90.进一步地，采用以下任一方式选择满足所述噪声阈值的送风口：
91.方式一，获取多种型号风口的技术参数，设定噪声阈值，在满足所述温度阈值和风速阈值的多个型号送风口中，人工选择其中符合所设定噪声阈值的送风口；
92.方式二，获取多种型号风口的技术参数，将技术参数输入至计算机内，将满足所述温度阈值和所述风速阈值的送风口类型输入至计算机内，将所述噪声阈值输入计算机内，通过计算机的对比程序自行比较，选择满足所述噪声阈值的风口。
93.进一步地，判断池座区人员高度处风速是否小于所述风速阈值的方式有两种：
94.方式一，通过人工对比所述池座区人员高度处最大风速与所述风速阈值的大小；
95.方式二，通过计算机对比所述池座区人员高度处最大风速与所述风速阈值的大小。
96.其中，所述人员高度处为人员坐在所述楼座区102时其头部所在区域。
97.如图3-图15所示，在本实施例中，在设定送风速度下，池座区101的最高温度、池座区101的风速与池座区101的adpi的参数如表1所示：
[0098][0099]
表1为：在设定送风速度下池座区101的最高温度、池座区101的风速与池座区101的adpi的参数表。
[0100]
在本实施例中，对于池座区101的温度阈值为不高于299.15k(即26℃)，对于池座区101风速的阈值为不大于0.3m/s，参照上表，合适的送风速度为12m/s、9m/s或者8m/s，但是，考虑噪声阈值，12m/s的送风速度气流声音较大，噪声较大，在本实施例中，池座区101的舒适性阈值为50％，参照图11-图14，送风速度为9m/s时，adpi＝58.5％，当模拟风速为8m/s时，adpi＝57％，满足池座区101人员高度处舒适性数值是大于所述池座区101的舒适性阈值这一条件的送风速度有9m/s和8m/s，由于adpi值越高，舒适性越高，故而，经过综合考虑，本实施例中，适合选择送风速度为9m/s送风口。
[0101]
另一方面，一种基于cfd的剧场送风口选型系统，包括储存器与处理器，所述处理器在处理所述储存器保存的计算机程序时实现如上的基于cfd的剧场送风口选型方法。
[0102]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0103]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部
分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0104]
在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0105]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。
[0106]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
[0107]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”等，应作广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0108]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

技术特征：
1.一种基于cfd的剧场送风口选型方法，其特征在于，包括：获取剧场的网格模型；基于cfd软件模拟所述剧场的网格模型在设定的剧场送风口工作参数下的温度场和风速场，所述剧场送风口工作参数包括送风速度和送风温度；判断剧场的池座区的温度场、风速场以及舒适性数值是否均满足预定的要求，若是，将当前送风速度作为理想送风速度，若否，调整当前送风速度直至所述温度场、所述风速场与所述舒适性数值均满足预定的要求，并将调整后的送风速度作为理想送风速度；根据所述理想送风速度，以及预定的风口送风量和剧场噪声阈值对剧场送风口进行选型。2.如权利要求1所述的一种基于cfd的剧场送风口选型方法，其特征在于：所述获取剧场的网格模型包括：建立所述剧场的空间模型；对所述剧场的空间模型进行网格化处理，得到所述剧场的网格模型，所述剧场的网格模型包括若干个单元网格。3.如权利要求1所述的一种基于cfd的剧场送风口选型方法，其特征在于：判断池座区的所述温度场、所述风速场和所述舒适性数值是否均满足预定的要求包括下列步骤：设定所述剧场送风口的送风温度与送风速度，基于cfd软件预测在所设定的所述送风速度以及所述送风温度下剧场各处的风速与温度，得到剧场的的温度场与风速场；从所述剧场的温度场与风速场中获取剧场的池座区的温度与风速，进一步获取池座区人员高度处的温度与风速；基于所述池座区人员高度处的温度与风速，计算池座区人员高度处每个单元网格的有效通风温度，基于所述池座区人员高度处每个单元网格的有效通风温度计算出池座区人员高度处舒适性数值；设定所述预定的要求，所述预定的要求包括池座区的温度阈值、池座区的风速阈值以及池座区的舒适性阈值；比较池座区人员高度处最大风速是否小于所述池座区的风速阈值，若是，进行下一步骤，若否，重新设定所述送风速度，直至满足所述预定的要求；比较池座区人员高度处最高温度是否小于所述池座区的温度阈值，若是，进行下一步骤，若否，重新设定所述送风速度，直至满足所述预定的要求；比较池座区人员高度处舒适性数值是否大于所述池座区的舒适性阈值，若是，进行下一步骤，若否，重新设定所述送风速度，直至满足所述预定的要求；确定满足所述预定的要求的所述送风速度，并将确定的满足所述预定的要求的所述送风速度作为理想送风速度。4.如权利要求1所述的一种基于cfd的剧场送风口选型方法，其特征在于：根据所述理想送风速度，参照预定的风口送风量和剧场噪声阈值对剧场送风口进行选型包括下列步骤：设定送风口送风量阈值；设定剧场噪声阈值；选择同时满足所述理想送风速度、所述送风口送风量阈值和所述剧场噪声阈值的送风
口。5.如权利要求1所述的一种基于cfd的剧场送风口选型方法，其特征在于：所述剧场包括舞台区、池座区与楼座区。6.如权利要求3所述的一种基于cfd的剧场送风口选型方法，其特征在于：采用以下任一方式选择满足所述噪声阈值的送风口：方式一，获取多种型号风口的技术参数，设定噪声阈值，在满足所述温度阈值和风速阈值的多个型号送风口中，人工选择其中符合所设定噪声阈值的送风口；方式二，获取多种型号风口的技术参数，将技术参数输入至计算机内，将满足所述温度阈值和所述风速阈值的送风口类型输入至计算机内，将所述噪声阈值输入计算机内，通过计算机的对比程序自行比较，选择满足所述噪声阈值的风口。7.如权利要求3所述的一种基于cfd的剧场送风口选型方法，其特征在于：判断池座区人员高度处风速是否小于所述风速阈值的方式有两种：方式一，通过人工对比所述池座区人员高度处最大风速与所述风速阈值的大小；方式二，通过计算机对比所述池座区人员高度处最大风速与所述风速阈值的大小。8.如权利要求1所述的一种基于cfd的剧场送风口选型方法，其特征在于：所述人员高度处为人员坐在所述楼座区时其头部所在区域。9.一种基于cfd的剧场送风口选型系统，包括储存器与处理器，所述处理器在处理所述储存器保存的计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述的基于cfd的剧场送风口选型方法。

技术总结
本发明是关于一种基于CFD的剧场送风口选型方法及选型系统，包括：获取剧场的网格模型；基于CFD软件模拟所述剧场的网格模型在设定的剧场送风口工作参数下的温度场和风速场，所述剧场送风口工作参数包括送风速度和送风温度；判断剧场的池座区的温度场、风速场以及舒适性数值是否均满足预定的要求，若是，将当前送风速度作为理想送风速度，若否，调整当前送风速度直至所述温度场、所述风速场与所述舒适性数值均满足预定的要求，并将调整后的送风速度作为理想送风速度；根据所述理想送风速度，以及预定的风口送风量和剧场噪声阈值对剧场送风口进行选型。本发明能够更为准确更为科学的选择剧场内送风系统的风口型号。择剧场内送风系统的风口型号。择剧场内送风系统的风口型号。


技术研发人员：应坚国 陈楠 单锋 朱婷媛 王凌飞 龚征 路凯文
受保护的技术使用者：奥雅纳工程咨询（上海）有限公司
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/7/22