某扇形教室空调通风的数值模拟(3)
出于研究扇形教室空调通风气流组织形态特征数值模拟的需要，建立一个适用于实际高校教室的简化三文扇形空间模型，使用网格技术将三文模型离散化前处理，并展开一系列数值模拟实验研究，软件后处理分析后得出相应的场云图。
1、阐述课题背景，说明了建筑室内空气环境尤其教室室内空气质量研究的重要性和必要性，同时简要说明了本文研究对象扇形教室和对应的研究方法手段。总体上明确本课题研究的目的和意义。
2、说明本文研究方法和数值模拟求解方法基本原理，简要阐述本文采用的湍流模型原理。这部分主要说明课题数值模拟的理论基础。
3、介绍本文建立的扇形教室三文空间模型，对扇形教室中与研究实际没有关系的部分进行简化，有利于后续划分网格仿真过程简化。后面对扇形教室简化模型各个尺寸作一简要说明。
4、利用这一扇形三文空间模型，对扇形空间流场进行数值仿真模拟计算，主要是对扇形教室内气流的动力学作用和热力学作用进行了数值模拟计算。得出速度场温度场云图仿真结果，通过对模拟仿真结果和实际室内气流湍流特征分析比较，得出室内气流组织形态特征和相应的结论。可以认为本模型数值模拟计算结果较为准确。此扇形空间模型和对应的数值求解方法可以胜任此类问题的研究。
2 湍流的介绍
2.1 湍流概述
湍流运动是工程应用和自然界中十分常见的流体运动现象之一，流动的河流、风机的流动、天上云的涌动、汽车飞机外的扰流、室内空气流动等，到处可见湍流现象。湍流的产生将让流体流动中的动量和能量、质量的输运速率大大地加快。流体研究实验表明，当雷诺数小于临界值2300时，流体流动是平滑的，相邻的流动层是彼此有序地流动的，属于层流；当雷诺数大于临界值2300时，流体运动呈现出无序的混乱状，出现一系列复杂变化，流体流动出现了本质特征变化，这时即使保持边界条件一样，流动也是不稳定的，速度、能量等流体特征都是随机变化的，这种流动称为湍流。
一般来说，湍流是一种不规则、随机的流体运动，在一定空间和时间内具有不确定性。湍流质点运动参数在空间上和时间上的随机性，很难用封闭的数学模型方程来描述解析，但从工程应用方面来说，人们最关心的是对湍流运动的宏观效果参数特征，比如流体压力和流场速度的分布、流动能量损耗、阻力分布等整体参数。并不局限于对湍流运动原理的全面了解。现在随着计算机计算精度不断提高，通过运用CFD技术数值模拟湍流运动流场逐渐地成为可行，解决湍流流动问题的计算机数值模拟方法逐渐成为了主流研究方向。
2.2 湍流特性和研究意义
2.2.1 湍流的特性
湍流运动是在大雷诺数下出现的一种流体运动现象，是在雷诺数变大过程中由层流渐变过来的，它仍然是流体运动的一种。湍流运动在空间上是涡流的三文运动，湍流是有旋三文运动，它有高旋扰动涡的特征。所以湍流必须在三文空间实现的。湍流中存在各种尺寸的涡，组成了从一个最小尺寸涡到最大尺寸涡同时存在而且又互相叠加形成新的涡的涡体运动。
涡流运动具有随机性，也称为不规则性。由于湍流流场是由很多的不同尺度的相互叠加的旋涡组成的，所以单个的流体质点运动具有瞬间变化的特征，湍流质点运动是完全没有规则性的。因此，在任何时候都不可能完全了解湍流的全部细节，也不能对湍流流场未来时间内走向作出详细预计。湍流的不规则性是相对于时间和空间而言的。
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