数学方法在自然通风计算中的应用
数学思维在建筑设计优化中的作用是什么
数学思维在建筑设计优化中的作用是什么建筑设计,这个将艺术与科学完美融合的领域,不仅需要设计师们的创意和灵感,还离不开严谨的数学思维。
数学思维就像是建筑设计中的隐形骨架,支撑着整个设计的合理性、稳定性和美观性。
那么,数学思维在建筑设计优化中到底发挥着怎样的作用呢?首先,数学思维能够帮助设计师精确地计算和规划建筑的空间布局。
在设计一座建筑时,设计师需要考虑到房间的大小、形状、比例以及它们之间的关系。
通过运用数学中的几何知识,如三角形、矩形、圆形等的特性,可以精确地计算出各个空间的面积和体积,从而实现空间的最大化利用。
比如,在设计一个住宅时,需要根据家庭成员的数量和生活需求,合理分配卧室、客厅、厨房、卫生间等空间。
数学思维可以帮助设计师确定每个房间的最佳尺寸和比例,以保证居住的舒适性和便利性。
其次,数学思维在建筑结构的设计中起着至关重要的作用。
建筑结构的稳定性和安全性是建筑设计的首要考虑因素。
数学中的力学原理,如静力学、动力学和材料力学等,能够帮助设计师计算出建筑物在不同荷载条件下的受力情况,从而选择合适的结构形式和材料。
例如,在设计高层建筑时,需要考虑风荷载、地震荷载等对建筑的影响。
通过数学计算,可以确定建筑物的柱子、梁、墙等结构构件的尺寸和布置方式,以确保建筑能够承受各种外力的作用,并且在长期使用过程中不会出现安全隐患。
再者,数学思维有助于优化建筑的成本控制。
建筑项目的成本往往是业主和开发商关注的重点之一。
通过数学的分析和计算,设计师可以在保证建筑质量和功能的前提下,合理选择建筑材料和施工方法,以降低成本。
例如,在选择建筑材料时,需要考虑材料的价格、性能和耐久性等因素。
通过数学模型的建立和分析,可以找到性价比最高的材料组合。
同时,数学还可以帮助设计师优化施工流程,减少施工中的浪费和延误,从而降低施工成本。
此外,数学思维在建筑采光和通风设计中也发挥着重要作用。
良好的采光和通风能够提高建筑的舒适度和节能效果。
建筑物气流分布的数学建模及流体动力学仿真分析
建筑物气流分布的数学建模及流体动力学仿真分析随着现代社会的发展,建筑物的设计不再仅仅追求美观和实用性,也越来越注重建筑环境的舒适性。
在建筑物内部,气流的分布对环境的舒适程度起着重要作用。
因此,对建筑物内部气流的分布进行数学建模和流体动力学仿真分析,对于提高建筑物的舒适度具有重要意义。
1. 建筑物气流分布的数学建模建筑物内部的气流会受到建筑结构、温度差异和自然风等因素的影响。
为了准确描述建筑物内部的气流分布,可以利用Navier-Stokes方程来进行数学建模。
该方程描述了流体的运动,包括速度、压力和密度等参数的变化。
在建筑物的数学建模中,需要考虑以下几个主要因素:a) 建筑结构:建筑物的形状、布局和通风系统等结构特征对气流分布具有重要影响。
因此,在数学建模中,需要将建筑物的结构参数纳入考虑范围,并将其作为边界条件进行设置。
b) 温度差异:建筑物内部不同位置的温度差异会导致气流的形成和流动。
因此,在建筑物的数学建模中,需要考虑建筑物内部的温度分布,并将其作为初始条件进行设置。
c) 自然风:自然风是指建筑物外部的风场。
它对建筑物内部气流分布的影响与建筑物的外形和周围环境有关。
因此,在数学建模中,需要考虑自然风的速度和方向,并将其作为外部条件进行设置。
2. 流体动力学仿真分析数学建模是对建筑物内气流分布的理论描述,而流体动力学仿真分析则是通过数值计算对建筑物的气流分布进行模拟。
在流体动力学仿真分析中,可以利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法来进行数值模拟。
通过CFD方法,可以将Navier-Stokes方程离散化,并利用数值方法求解。
通过对流体的运动进行数值计算,可以得到建筑物内不同位置的气流速度、压力和温度分布等信息。
流体动力学仿真分析可以帮助我们更好地理解建筑物内气流的分布规律,并提供一些优化建议,以改善建筑物内部的舒适性。
例如,可以通过改变建筑物的结构参数和通风系统的设置来改善气流分布,提高建筑物内的空气质量。
基于灰箱模型快速预测中庭自然通风量的研究
基于灰箱模型快速预测中庭自然通风量的研究曹荣光;晁江月;薛鹏【摘要】本文提出了一个利用灰箱模型快速预测中庭热压通风量的方法.以某建筑中庭为例,首先利用CFD数值计算方法对其热压通风效果进行模拟,定量分析影响热压通风量的因素;然后基于灰箱模型方法,提出了一个快速预测通风量的半经验方程;最后利用新案例数据对该方程进行验证.结果表明,此预测方程的误差可以控制在6%以内.【期刊名称】《建筑热能通风空调》【年(卷),期】2018(037)006【总页数】6页(P1-6)【关键词】自然通风;热压通风;中庭;数值模拟;灰箱模型;模型辨识【作者】曹荣光;晁江月;薛鹏【作者单位】中国建筑设计院有限公司;中国建筑设计院有限公司;北京工业大学绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室【正文语种】中文随着城镇化进程推进、人民生活水平提高、第三产业比例加大,我国建筑能耗将在较长时间内保持刚性增长趋势,建筑节能被认为是我国实现2030年碳排放达峰目标的关键[1]。
在过渡季节或是环境允许的条件下,利用自然通风降低建筑能耗是一种行之有效的方法[2-6]。
对于我国夏热冬冷地区建筑,自然通风能够延长非供暖空调时间,延缓供暖空调设备的开启。
自然通风的驱动力可分为热压、风压或其组合[7]。
仅靠热压浮力驱动的通风通常是自然通风的最坏情况,特别是在温暖无风的日子。
因此,在自然通风设计中,浮力驱动的热压通风效果始终是一个需要关注的问题。
为了评估和预测热压通风的流量,通常采用解析解,经验解,实验测量和计算机模拟等方法。
解析模型是从质量和能量的守恒方程来描述简单的通风问题,比如单向流动[8]。
Linden等人得到了一个单层建筑的两级开口气流速度的分析表达式[9]。
Fitzgerald和Woods建立了一个分析模型来揭示两个开口的热压通风效果[10]。
经验模型通常应用在设计手册或指南中,其公式中的系数保证该模型在一定范围内准确[11]。
Hayden等人根据67个独立房间的数据开发了一个经验模型来描述流速[12]。
冷却塔水量损失计算
冷却塔水量损失计算水的蒸发损失WE=[(Tw1-TW2)Cp/R]*LCP:水的定压比热,取4。
2KJ/KG。
摄氏度,R:水的蒸发潜热2520KJ/KG ,L:循环水流量,(Tw1—TW2):温差。
例如你设计的温差是10度,就是10/600=1。
67 %,每小时循环水量1000吨的话,每小时蒸发16.7吨,这是冷却塔全效时的蒸发量,如果低于这个量就是冷却塔设计有问题。
蒸发耗损量当冷却回水和空气接触而产生作用,把其水温降时,部分水蒸发会引起冷却回水之损耗,而其损耗量和入塔空气的湿球温度及流量有关,以数学表达式作如下说明:令:进水温度为T1℃,出水温度为T2℃,湿球温度为Tw,则*:R=T1-T2 (℃)-—--——-———--(1)式中:R:冷却水的温度差,对单位水量即是冷却的热负荷或制冷量Kcal/h对式(1)可推论出水蒸发量的估算公式*:E=(R/600)×100%--—--—————--(2)式中:E—-——当温度下降R℃时的蒸发量,以总循环水量的百分比表示%,600---—-考虑了各种散热因素之后确定之常数。
如:R=37-32=5℃则E={(5×100)/600}=0.83%总水量或e=0.167%/1℃,即温差为1℃时的水蒸发量*:A=T2—T1 ℃———--——---(3)式中:A-----逼近度,即出水温度(T2)逼近湿球温度的程度℃,按热交换器设计时冷端温度差取值的惯例,宜取A≥3℃(CTI推进A≥5 oF即2。
78℃),不是做不到,而是不合理和不经济。
水塔蒸发量计算第2。
2.4条冷却塔的水量损失应按下列各项确定:一、蒸发损失;二、风吹损失;三、排污损失:四、冷却池的附加蒸发损失水量第2.2。
5条冷却塔的蒸发损失水量可按下式计算:qc=K1ΔtQ式中qc——蒸发损失水量,t/h;Δt-—冷却塔进水与出水温度差,℃;Q—-循环水量,t/h;K1——系数,℃-1,可按表2.2.5采用。
[指南]电机通风散热计算简介
电机通风散热计算简介一、电机通风散热计算目的和意义电机通风散热计算是电机设计的主要内容之一。
电机温升直接影响绕组绝缘寿命,从而关系到电机的运行寿命和可靠性。
现代电机设计多采用较高的电磁负荷,导致电机运行时的温升明显增大,因此,电机热分析显得尤为重要。
电机的热源来源于它自身的损耗,包括铁芯损耗,绕组损耗,机械损耗。
铁芯损耗包括铁芯中主要磁场变化时产生的铁芯损耗,这种损耗一般称为基本损耗。
包括定转子开槽引起气隙磁导谐波磁场在对方铁芯中引起的损耗,以及电机带负载后,由于存在漏磁场和谐波磁场而产生的损耗。
前者称为空载附加损耗,后者称为负载附加损耗。
绕组损耗包括电流在绕组中产生的损耗,这种损耗为基本铜耗。
包括电刷与集电环或换向器接触而产生的损耗,以及工作电流产生的漏磁场和谐波磁场在绕组中产生的损耗,前者称为接触损耗,后者称为绕组附加铜耗。
机械损耗包括轴承波擦损耗,电刷摩擦损耗,转子旋转时引起转自表面与气体间的摩擦损耗以及电机同轴的风扇所需的功率。
一般小型电机损耗所占比重:定子铜耗>转子铜耗>铁耗>机械损耗。
电机本身是一个热源的传导体,其热量传递过程主要是热传导和对流换热过程,即导热和对流的综合过程。
由传热的基础知识可知,上述过程与介质的导热系数和表面传热系数直接有关。
导热系数适当温度梯度为1时,单位时间内通过单位面积的导热量。
导热系数的大小与材料的性质有关,同一材料的导热系数随温度,压力,多孔性和均匀性等因素而变化。
通常温度是决定性因素。
对于绝大多数物质而言,当材料温度尚未达到融化或气化以前,导热系数可以近似地认为是线性规律变化,即:0(1)btλλ=+。
其中λ指温度为零时的导热系数b是由试验确定的常数。
气体固体液体的导热系数彼此相差悬殊。
一般情况下金属>液体>气体>绝缘材料。
由上述内容可知大型电机本身是一个由多种材料组合而成的组合体,它的发热过程较复杂,因而它的温升过程也较复杂,但在一定的容量下,各部分的温升是一定的,温度分布也是一定的。
自然界中的数学
自然界中的数学动物天才•在人类看来,动物们头脑似乎都比较简单。
其实,有许多动物的头脑并非像人们想像的那样愚钝,有许多动物很聪明,它们懂得计算、计量或算数等等,还有很多动物在数学方法的研究上做了很大的贡献。
下面就让你见识一下动物中的天才!丹顶鹤与金刚石•丹顶鹤总是成群结队迁飞,而且排成“人”字形。
“人”字形的角度是110度。
更精确地计算还表明“人”字形夹角的一半——即每边与鹤群前进方向的夹角为54度44分8秒!而金刚石结晶体的角度正好也是54度44分8秒!是巧合还是某种大自然的“默契”?蜜蜂的智慧•蜜蜂蜂房是严格的六角柱状体,它的一端是平整的六角形开口,另一端是封闭的六角菱锥形的底,由三个相同的菱形组成。
组成底盘的菱形的钝角为109度28分,所有的锐角为70度32分,这样既坚固又省料。
蜂房的巢壁厚0.073毫米,误差极小。
你知道吗?•蜘蛛结的“八卦”形网,是既复杂又美丽的八角形几何图案,人们即使用直尺的圆规也很难画出像蜘蛛网那样匀称的图案。
•冬天,猫睡觉时总是把身体抱成一个球形,这其间也有数学,因为球形使身体的表面积最小,从而散发的热量也最少。
•真正的数学“天才”是珊瑚虫。
珊瑚虫在自己的身上记下“日历”,它们每年在自己的体壁上“刻画”出365条斑纹,显然是一天“画”一条。
奇怪的是,古生物学家发现3亿5千万年前的珊瑚虫每年“画”出400幅“水彩画”。
天文学家告诉我们,当时地球一天仅21.9小时,一年不是365天,而是400天。
植物神童精彩的“斐波那契数列”•早在13世纪,意大利数学家斐波那契就发现,在1、1、2、3、5、8、13、21、34 、55、89……这个数列中,有一个很有趣的规律:从第三个数字起,每个数字都等于前两个数加起来的和,这就是著名的“斐波那契数列”。
科学家们在观察和研究中发现,无论植物的叶子,还是花瓣,或者果实,它们的数目都和这个著名的数列有着惊人的联系。
•像其它植物一样,桃树的叶子在排列上井然有序。
冷却塔水量损失计算
冷却塔水量损失计算水的蒸发损失WE=[(Tw1-TW2)Cp/R]*LCP:水的定压比热,取4.2KJ/KG.摄氏度,R:水的蒸发潜热2520KJ/KG ,L:循环水流量,(Tw1-TW2):温差。
例如你设计的温差是10度,就是10/600=1.67 %,每小时循环水量1000吨的话,每小时蒸发16.7吨,这是冷却塔全效时的蒸发量,如果低于这个量就是冷却塔设计有问题。
蒸发耗损量当冷却回水和空气接触而产生作用,把其水温降时,部分水蒸发会引起冷却回水之损耗,而其损耗量和入塔空气的湿球温度及流量有关,以数学表达式作如下说明:令:进水温度为T1℃,出水温度为T2℃,湿球温度为Tw,则*:R=T1-T2 (℃)------------(1)式中:R:冷却水的温度差,对单位水量即是冷却的热负荷或制冷量Kcal/h对式(1)可推论出水蒸发量的估算公式*:E=(R/600)×100% ------------(2)式中:E----当温度下降R℃时的蒸发量,以总循环水量的百分比表示%,600-----考虑了各种散热因素之后确定之常数。
如:R=37-32=5℃则E={(5×100)/600}=0.83%总水量或e=0.167%/1℃,即温差为1℃时的水蒸发量*:A=T2-T1 ℃----------(3)式中:A-----逼近度,即出水温度(T2)逼近湿球温度的程度℃,按热交换器设计时冷端温度差取值的惯例,宜取A≥3℃(CTI推进A≥5 oF即2.78℃),不是做不到,而是不合理和不经济。
水塔蒸发量计算第2.2.4条冷却塔的水量损失应按下列各项确定:一、蒸发损失;二、风吹损失;三、排污损失:四、冷却池的附加蒸发损失水量第2.2.5条冷却塔的蒸发损失水量可按下式计算:qc=K1ΔtQ式中qc——蒸发损失水量,t/h;Δt——冷却塔进水与出水温度差,℃;Q——循环水量,t/h;K1——系数,℃-1,可按表2.2.5采用。
工况点的确定方法
矿用通风机工况点的确定方法来源:西部石化网时间: 2010-6-23 字体: 大中小所谓工况点,即是风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数,如Q、H、N和η等,一般是指H和Q两参数。
已知通风机的特性曲线,设矿井自然风压忽略不计,则可用下列方法求风机工况点。
⒈图解法当管网上只有一台通风机工作时,只要在风机风压特性(H─Q)曲线的坐标上,按相同比例作出工作管网的风阻曲线,与风压曲线的交点之坐标值,即为通风机的工作风压和风量。
通过交点作Q轴垂线,与N─Q和η─Q曲线相交,交点的纵坐标即为风机的轴功率N和效率η。
图解法的理论依据是:风机风压特性曲线的函数式为H=f(Q),管网风阻特性(或称阻力特性)曲线函数式是h=RQ2,风机风压H是用以克服阻力h,所以H=h,因此两曲线的交点,即两方程的联立解。
可见图解法的前提是风压与其所克服的阻力相对应。
以抽出式通风矿井(安有外接扩散器)为例,如已知通风机装置静压特性曲线HS ─Q,则对应地要用矿井系统总风阻RS(包括风硐风阻)作风阻特性曲线,求工况点。
若使用厂家提供的不加外接扩散器的静压特性曲线Hs─Q,则要考虑安装扩散器所回收的风机出口动能的影响,此时所用的风阻RS应小于Rm,即4-5-1式中Rv──相当于风机出口动能损失的风阻,SV──风机出口断面,即外接扩散器入口断面;Rd──扩散器风阻;RVd──相当于扩散器出口动能损失的风阻,SVd──为扩散器出口断面。
若使用通风机全压特性曲线Ht─Q,则需用全压风阻Rt作曲线,且4-5-2若使用通风机装置全压特性曲线Htd─Q,则装置全压风阻应为Rtd,且4-5-3应当指出,在一定条件下运行时,不论是否安装外接扩散器,通风机全压特性曲线是唯一的,而通风机装置的全压和静压特性曲线则因所安扩散器的规格、质量而有所变化。
⒉解方程法随着电子计算机的应用,复杂的数学计算已成为可能。
风机的风压曲线可用下面多项式拟合4-5-4式中 a1、a2、a3──曲线拟合系数。
建筑设计中的风环境模拟
建筑设计中的风环境模拟在建筑设计领域,风环境模拟正逐渐成为一项不可或缺的重要工具。
它不仅能够影响建筑的舒适度和能源效率,还对建筑的结构安全性和周边环境的质量有着深远的影响。
风环境模拟是什么呢?简单来说,就是通过计算机技术和相关的数学模型,来预测和分析在特定的建筑布局、地形地貌以及气象条件下,风的流动情况和特性。
这就好比我们在建造一座真实的建筑之前,先在虚拟的世界里进行一场“风的实验”。
为什么要在建筑设计中进行风环境模拟呢?首先,良好的风环境可以提高建筑内部的自然通风效果,减少对机械通风和空调系统的依赖,从而降低能源消耗。
想象一下,在炎热的夏天,如果能够通过巧妙的设计让凉爽的风自然地在建筑内流通,那不仅能节省大量的电费,还能让居住者感到更加舒适和健康。
其次,风环境模拟对于建筑的结构设计也至关重要。
强风可能会对建筑物产生巨大的压力和冲击力,如果在设计时没有充分考虑到风的作用,可能会导致建筑结构的损坏甚至倒塌。
通过风环境模拟,设计师可以提前了解风对建筑的影响,从而采取相应的加强措施,确保建筑的安全性。
此外,风环境还会影响到建筑周围的行人舒适度。
比如在高楼林立的城市中,狭窄的街道可能会形成“风洞效应”,导致风速突然增大,给行人带来不适甚至危险。
通过模拟,设计师可以优化建筑的布局和外形,减少这种不利影响。
那么,风环境模拟是如何进行的呢?这通常需要以下几个步骤。
第一步是收集相关的数据,包括建筑所在地区的气象资料、地形信息、周边建筑物的分布等等。
这些数据就像是模拟的“原材料”,越详细和准确,模拟的结果就越可靠。
接下来,需要选择合适的模拟软件和数学模型。
目前市场上有许多专业的风环境模拟软件,它们基于不同的理论和算法,但目的都是为了尽可能准确地模拟风的流动。
在输入数据和设置好模型参数后,计算机就开始进行复杂的计算和分析。
这个过程可能需要花费一定的时间,取决于模型的复杂程度和计算机的性能。
最后,模拟完成后,设计师会得到一系列的结果,比如风速分布、风压分布、气流轨迹等等。
专题五通风网络理论讲解
n
n
hij hij hzij 0
j
j
j
( j i,i 1,2, n m 1)
式中: hij—在第i个回路上的第j条风路的风压值,Pa hfij—在第i个回路上的第j条风路中风机的风压,Pa hzij—在第i个回路上的第j条风路的自然风压,Pa
当回路中既无通风机又忽略自然风压时, 即为风压平衡定律 。
对于gve有m个节点n条边分支s个回路回路矩阵b回路矩阵b完全回路矩阵ba共有s行实践中可以看出即使中等规模的通风网路其s也相当大但在网路分析中我们并不需要列出系统图中的全部回路只需列出一个线性无关的回路矩阵即找出ba的秩便可满足要求
专题五 通风网络理论
通风网络是通风理论的重要组成部 分,通风网络图是网络分析的重要 依据。
图的定义
简单图:任意两点间只有一条边或分支 相连接。(图1、图2)
多重图:两点间有两条以上或分支相连 接。(下页图3)
图的定义
图3、一个多重图
(二)、线度
线度是图论中的一个重要数据.简单地讲,
在图G(V,G)中,与某个点相关联的
边(或分支)的数目,就是该点的线度,
记作
d (vi)
出为+
d (v1) 3 (e1, e3, e5)
随着计算机技术的不断发展,通风 网络理论的实用价值亦体现出来, 越发重要了。
§5-1 图论的基本知识
图论是一个十分重要的数学分支,是建 立和研究离散数学模型的重要数学工具 之一。
图论中的术语由于目前尚未统一,故给 概念的描述带来了一定的困难。
本专题(课程)主要采用网络理论中通常 使用的术语。
ET m1, EL nm1
5—3 图的矩阵表示
借助于图的图解表示,虽然可使图的概念 的描述具有一定的直观性,但这种表示方 法却有局限性,尤其是随着顶点和边的数 的增加,要用图的结构就变得很困难,而 且,图解表示也不便于图的运算。
通风网络解算
第五章通风网路中风量的分配第一节通风网路及矿井通风网路图一、通风网路的基本术语和概念1.分支分支是指表示一段通风井巷的有向线段,线段的方向代表井巷风流的方向。
每条分支可有一个编号,称为分支号。
如图5-1中的每一条线段就代表一条分支。
用井巷的通风参数如风阻、风量和风压等,可对分支赋权。
不表示实际井巷的分支,如图5-1中的连接进、回风井口的地面大气分支8,可用虚线表示。
图5-1 简单通风网路图2.节点节点是指两条或两条以上分支的交点。
每个节点有唯一的编号,称为节点号。
在网路图中用圆圈加节点号表示节点,如图5-1 中的①~⑥均为节点。
3.回路由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路,称为回路。
单一一个回路(其中没有分支),该回路又称网孔。
如图5-1 中,1-2-5-7-8、2-5-6-3和4-5-6等都是回路,其中4-5-6是网孔,而2-5-6-3不是网孔,因为其回路中有分支4。
4.树由包含通风网路图的全部节点且任意两节点间至少有一条通路和不形成回路的部分分支构成的一类特殊图,称为树;由网路图余下的分支构成的图,称为余树。
如图5-2所示各图中的实线图和虚线图就分别表示图5-1的树和余树。
可见,由同一个网路图生成的树各不相同。
组成树的分支称为树枝,组成余树的分支称为余树枝。
一个节点数为m,分支数为n的通风网路的余树枝数为n -m+1。
图5-2 树和余树5.独立回路由通风网路图的一棵树及其余树中的一条余树枝形成的回路,称为独立回路。
如图5-2(a)中的树与余树枝5、2、3可组成的三个独立回路分别是:5-6-4、2-4-6-7-8-1和3-6-7-8-1。
由n-m+1条余树枝可形成n-m+1个独立回路。
二、通风网路图的绘制不按比例、不反映空间关系的矿井通风网路图,能清楚地反映风流的方向和分合关系,便于进行通风网路解算和通风系统分析,是矿井通风管理的重要图件之一。
通风网路图的形状是可以变化的。
为了更清晰地表达通风系统中各井巷间的联接关系及其通风特点,通风网路图的节点可以移位,分支可以曲直伸缩。
矿井通风网络的解算
矿井通风网络的解算摘要:矿井通风是矿山生产的重要环节之一。
安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统对保证井下安全生产具有重要的意义。
随着计算机技术的飞速发展,现有的通风软件存在功能比较单一,针对这种情况,本文以Visual C++6.0为开发工具、SQL Server2000为后台数据库,进行了矿井通风网络解算的研究。
关键词:通风系统,网络解算1.引言矿井通风是矿山生产的一个重要环节。
安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统,对保证井下安全生产具有重要意义。
煤矿生产过程的瓦斯爆炸、煤尘爆炸、矿井火灾、有毒气体窒息等灾害的发生都与矿井通风有直接关系[1]。
可以说通风状况的好坏直接影响工人的安全、健康和劳动效率,直接关系到煤矿的安全生产、经济效益和可持续发展。
随着煤矿产量增加,开采深度加大和机械化程度提高,需要加大风量,形成多进风井、多回风井的复杂通风系统。
如果矿井通风管理跟不上,事故隐患不能及时发现,矿井通风安全事故将会不断发生。
不但严重危害职工的健康和生命安全,而且破坏正常的通风系统,使安全生产无法正常进行。
因此,开展矿井通风网络解算、调节与评价的一体化系统研究,对保障矿井安全生产具有十分重要的理论意义和应用价值。
2.矿井通风网络的建模研究2.1流体网络建模数学模型是程序算法设计的灵魂。
能否选取恰当的方法,并建立起准确而全面的数学模型,是软件设计成功与否的决定性因素。
①数学模型对复杂的对象或系统进行计算或仿真时,首先要建立它的数学模型。
所谓数学模型就是由一系列数学方程(包括代数方程、微分方程)描述系统的每一个具体过程,最终组成一个联立方程组。
数学模型比较抽象,但它可以比较全面地反映一个复杂系统的性质。
当对一个系统的内部机理比较清楚时,就可以利用数学模型对其进行进一步的研究。
数学模型又可分为静态数学模型和动态数学模型。
②静态数学模型静态数学模型用来描述系统在稳定状态或平衡状态下各种输入变量与输出变量之间的关系。
数学建模优秀论文
题目:烟雾污染问题的模型构建与量化分析目录一、摘要 (1)二、问题提出 (2)三、问题分析……………………………………………………(2-3)四、模型的建立与求解…………………………………………(3-17)五、对模型的评价与改进………………………………………(17-18)六、参考文献 (18)一.摘要烟雾扩散模型是通过研究焦油和一氧化碳等化学物质的浓度分布来探讨如何有效的防止二手烟对人们健康造成的负面影响。
利用数学知识联系实际问题,作出合理的解答和处理。
问题一中,由于吸烟者吸烟是一个过程,并缓慢放出烟雾,所以采取高斯扩散模型计算空间各点浓度分布,烟雾分布呈正态分布,然后计算通风后烟雾消散干净的时间,由于,室内烟雾与室外空气交换速度缓慢,所以如果要是室内烟雾完全消散,需要时间很长;问题二中密闭空间烟雾浓度分布问题利用问题一的结论得到吸2到10支烟后烟雾扩散的浓度分布,虽然香烟数量增加,但其扩散过程不变,改变的只有烟雾质量;问题三中,虽然环境变为楼道,但与问题一中密闭房间时原理类似,由于烟雾温度高于空气,所以烟雾先向上扩散,最后充满整个楼道;问题四是和实际关联很大,类比烟雾扩散模型和雾霾的扩散,得到雾霾的扩散浓度,通过查找资料发现,室内的雾霾基本以湍流形式存在,问题四采用湍流模型对室内雾霾的三维不可压缩湍流流动进行数值分析,从严格意义上来说,室内气流运动都是非稳态的,但是我们最关心的是室内雾霾在达到稳定状态后的气流组织形式,为了简化问题,假设雾霾做定常流动,即本问题采用稳态条件进行流动分析。
故建立数学模型,包括:连续性方程、动量方程、能量方程及ε-K方程。
而本问题的关键是,建立稳定性模型,利用微分方程求解,得到雾霾在40平米的封闭房间内的浓度分布。
二.问题提出:空气污染是现如今社会所面临的重要问题,其中吸烟后所产生的烟雾也是导致空气污染的重要因素,香烟燃烧后所产生的气体主要有焦油和一氧化碳,所以需要建立模型分析点燃一支以及二到十支香烟后分别在密闭以及通风的情况下烟雾在房间中不同位置的浓度,但是现实问题是假设一个人吸过烟后,烟雾会扩散到整个立体空间,所以需要再次建立模型分析一位在三楼的住户吸过烟后,整栋楼内烟雾浓度的分布情况;建立和完善模型后,分析它是否同样适用于雾霾问题的研究,如果适用,就用它研究在不同污染程度下密闭空间中污染物的浓度,如果不适用,就立新的模型分析上述问题。
矿井通风网络节点风压解算
矿井通风网络节点风压解算法及其QBASIC程序设计李济吾(南方冶金学院-赣州341000)周基校(柿竹园多金属矿・郴州42300,J)摘要文中介绍了矿升通风同络自然分风用节点风压法解算方法的数学模型、算法及骶图.用高级语言QBASIC编制了计算程序.在586微机上调试通过,并经实倒运算正确。
应用QBASIr."语言编制程序简单方便,界面友好,易于修改,通用性强。
所编程序简单实用,功能较强.易为广大通风Ii作者接受.时提高矿山通风管理水平有一定指导意义。
关键词矿井通风,通风网络解算,QBASIC语言。
矿井通风网络自然分风解算的实质是给定风网、分支风阻和分支通风动力的前提下求解分支风量和分支通风阻力。
其解算方法可分为两大类:风量法及风压法。
具体解算方法有数十种之多。
本文介绍一种节点风压法解算自然分风的基本原理及其用QBASIC语言编制程序。
1节点风压法数学模型节点风压法是以节点的全压能力为基本未知量的风网解算方法,即先求解节点风压为未知量的方程组,再由节点风压计算各分支风量和通风阻力。
对于B条分支,N个节点的风网,其数学模型为:N—l∑aiiP.=RjQjlQJl—Ho—I{q(产1,2.……,B)(1)B∑8k,Q.=0】2J(k=l,2.-…・,N一1)(2)式中a。
一关联矩阵A中的第i行第j列元素;P.一i节点的压力,只;H¨H,一;分支通风动力、位压差,Pa;R.、Q.一J分支风阻及风量。
由式(1)和(2)联立的方程组有定解。
该方程组为非线性方程组,要进行迭代计算才能求解。
将(1)式写成以P.为因变量,Q.为函数的显函数形式,并代入(2)式,最终得到以P.(i=l,2,…,N一1)为未知量的N~1个独立方程,由此求解P.,然后就可计算出分支通风阻力和风量,达到解算风网的目的。
迭代计算的数值算法不同,将得到不同算法。
下面用牛顿法进行迭代计算。
2牛顿法数学原理由(1)式可得:Q=/IHn十Hq+∑auPif/R1+SnE(Hfi+Hei十∑a…P)(B)将式(3)在Q,o,P.o(j_1,2,…,矿井通风网络节点风压解算法及其QBASIC程序设计B;i=1,2。
用SCILAB快速解算通风网络
式中: Q = : Q , △ : Q 一 : 为独立回路风量的修正值列
向量 ;F o 为雅 可 比矩 阵 , o/Q
q2 O a ql
]● ●●●
a F
O Q
a d y gl q2
>q c:d h q+q ea c;
一
一
>d ] q=fe t ( c ; et a n wo q ) n
>k:k+l: >e d n
>q e
与 MA L B相 比较 ,C L B还 有 一 定 的 差 距 , TA S IA
一
一
但 是 ,CL B的优 势 在 于 其 是 免 费 的 , 放 源 代 码 S IA 开
摘 要: 介绍 了牛 顿法 解算通 风 网络 的迭代 数 学模 型, 并针 对该 数 学模 型, 结合 具体 实例, 用 S IA C L B进 行 了快速 解 算。 给 出 了解 算过 程及 源 程 序 , 为 矿 井通 风 的科研 、 学 以及 工 程 实践 提 供 一 可 教
种有 效 的方 法。 关键 词 : 通风 网络 ; 顿 法 ;C L B 牛 S IA
7 ・ 8
21年 8 0 1 月
矿 业 安 全 与 环 保
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排烟风量怎么计算?史上最简单的风量计算公式,连小学生都看得懂!
排烟风量怎么计算?史上最简单的风量计算公式,连小学生都看得懂!蓝天保卫战已经打响,环保风暴呼啸而来,排烟通风工程到处开花。
本文应一些咨询要求,特写此文。
排烟通风工程必须要用排烟风量计算方法,排烟风量计算是系统计算的基础,决定管道、风机选配、新风量计算等一系列数值计算。
目前还存在方法不一,颇存异议和误解的问题。
由于缺少专门的技术研究和实验,即使国家颁布的标准也前后不尽一致。
在厨房设计、通风工程、建筑设计和风机等行业中一直存在纷扰。
在厨房排烟通风工程中存在几种不同的计算方法,经验估算和数学计算方法并存,数学计算方法也存在精度不同计算方法。
由于风量计算允许存在较大的误差,误差又被超配风机掩盖,所以,并没有引起业内设计人员的重视,造成大量无效能耗。
本文为了简化叙述,不去分析不同计算方法的利弊,直接解析目前风量计算用得最多的,比较准确的斗式吊挂排烟罩排风量计算方法和应用参数的数学意义。
目前斗式吊挂排烟罩排风量计算比较准确的公式如下:L=3600K·P·H·u其中:Qp:排烟风量,m3/h;h:排烟罩至烟气源的高度,m;u:风速一般取0.2~0.5m/s;k:管道漏风系数,一般取1.1~1.2;P:排烟罩吸烟边长,m;P = a×n1 + b×n2a:排烟罩长度,m;b:排烟罩宽度,m;n1、n2:排烟罩敞开面数。
以下是一面靠墙的斗式吊挂排烟罩形成的气流图等速面:图左边靠墙排烟罩的流线上有与流线垂直相交的曲线,这是根据实验测试数据绘制的曲线,在这个曲面上流向负压中心的气流流速相同,动压相同,所以称之为等速面或等压面。
参照示意图对上述各参数说明如下:吸捕风速u:决定排烟罩要控制范围的等速面的风速,这里指灶台边缘要保持的吸捕风速u。
高度h:排烟罩至烟气源的高度。
由于厨房设备高度大多与灶台高度相同,虽然蒸饭柜、低汤灶等设备与灶台高度不同,但是,产生烟气的高度还是大体相似。
微积分在建筑中的应用
微积分是一门数学分支,它研究变化量(尤其是无限小的变化量)之间的关系。
在建筑领域中,微积分可以用来解决许多不同的问题,下面是一些例子:
1.建筑物的结构设计:在建筑物的结构设计过程中,建筑师和工程师会使用微积分来分析
建筑物的结构是否稳固,并确定结构的承载能力。
2.建筑物的外观设计:在建筑物的外观设计过程中,建筑师可以使用微积分来分析建筑物
的形态是否合理,并设计出美观、功能性强的建筑物。
3.建筑物的动态分析:在建筑物的动态分析过程中,工程师会使用微积分来分析建筑物在
地震、风荷载等自然环境条件下的稳定性。
4.建筑物的能耗分析:在建筑物的能耗分析过程中,工程师会使用微积分来分析建筑物在
不同气候条件下的能耗情况,并设计出节能的建筑物。
5.建筑物的振动分析:在建筑物的振动分析过程中,工程师会使用微积分来分析建筑物在
地震、风荷载等自然环境条件下的振动情况,并设计出抗震性较强的建筑物。
6.建筑物的水流分析:在建筑物的水流分析过程中,工程师会使用微积分来分析建筑物的
雨水排水系统是否设计合理,以确保建筑物在雨季不会受到水淋淋的影响。
7.建筑物的自然通风分析:在建筑物的自然通风分析过程中,工程师会使用微积分来分析
建筑物的自然通风系统是否设计合理,以确保建筑物内部能够得到充足的新鲜空气。
曲率的自然应用
曲率的自然应用曲率是现代数学中非常重要的一个概念,它在许多领域都有广泛的应用。
在自然界中,曲率也是普遍存在的。
从山峰到河流,从动物的身体到植物的形态,曲率体现了自然的美和奥妙。
接下来,我们将探讨曲率在自然界中的应用。
一、地理地球是一个曲面体,它的曲率影响着地球上的种种现象。
例如,地球的曲率使得地球表面的气候分布和地球上的时间分布具有高度的地域性。
此外,地球的曲率还影响着海平面的高度和变化,对于海洋和海岸线的动态演变有着不可忽视的影响。
这些都是地球曲率在地理方面应用的例证。
二、物理在物理学中,曲率也是一个重要的概念。
牛顿力学中,曲率被用来描述物体运动的轨迹,从而产生了轨迹弧长的概念。
这个概念在物理实验中得到了广泛应用,例如实验测量光速时就可以利用轨迹弧长和时间的关系来计算光速的值。
同时,相对论中的四维时空也是一种曲面空间,它使用曲率来描述了引力场的强度分布和测量。
这些例子都表明了曲率在物理学中的广泛应用。
三、生物学从生物学的角度来看,曲率是自然界中的一大奥妙。
例如,动物身体的曲率和鸟类的飞行姿态直接关系到它们在空气中的运动和飞行效率。
此外,自然界中的许多植物形态也是基于曲率的,例如荷花、石莲花等等。
这些曲率不仅美观,还有利于植物的光合作用和传播。
四、建筑曲率在建筑设计中也有很多应用。
在建造拱形桥梁和拱形建筑时,曲率的选择直接关系到结构的强度和美观度。
建筑物的曲面外观和内部装饰都需要用到曲率来实现设计效果。
此外,曲率还被用来设计建筑物的自然通风和采光系统,使建筑环境更加健康宜居。
总而言之,曲率是自然界中的一大奥妙,它在许多领域中都有广泛的应用。
从地理、物理到生物学和建筑设计,曲率总是有着不可替代的地位。
这也提醒我们,在科学研究和建筑设计中,要注重自然的美和奥妙,才能创作出更加美观和有意义的作品。
封闭空气自然对流的最小体积-定义说明解析
封闭空气自然对流的最小体积-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:封闭空气自然对流是指在封闭空间中,由于温度差异而引起的空气流动现象。
对流现象在工业生产、建筑设计、室内空气质量等方面都具有重要影响,因此对封闭空气自然对流的研究具有十分重要的意义。
本文将从影响因素、最小体积确定方法和应用意义等方面进行探讨和研究,旨在为相关领域的工作者提供一定的参考和借鉴。
1.2 文章结构文章结构:本文将首先对封闭空气自然对流的影响因素进行深入研究,包括温度差、空气密度、容器形状等因素的影响分析,从而为确定最小体积奠定基础。
接着,我们将探讨确定最小体积的方法,包括数学模型的建立和实验验证等方面,以期找到最合理的确定方法。
最后,我们将讨论封闭空气自然对流的应用与意义,探索其在工程领域的潜在价值和实际应用。
通过上述内容的阐述,本文旨在全面分析封闭空气自然对流的最小体积问题,并对未来的研究方向进行展望。
1.3 目的:本文旨在探讨封闭空气自然对流的最小体积,深入分析影响因素并确定确定方法,探讨其应用与意义。
通过对封闭空气自然对流的研究,可以为工程设计、空气质量改善以及节能减排提供理论支持和指导,对于促进环境保护和可持续发展具有重要意义。
同时,本文还旨在为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供参考和借鉴。
2.正文"2.1 封闭空气自然对流的影响因素"部分:封闭空气自然对流是指在密闭的空间内,由于温度差异造成空气自然流动的现象。
影响封闭空气自然对流的因素主要包括温度差异、空间形状和通风条件。
首先,温度差异是影响封闭空气自然对流的主要因素之一。
通常情况下,空气受热后会膨胀变轻,冷却后会收缩变重。
在密闭空间内,如果存在温度差异,热空气会上升,冷空气会下沉,从而形成自然对流。
因此,温度差异的大小和空间内部的温度分布对自然对流的形成起着决定性的作用。
其次,空间形状也会影响封闭空气自然对流的产生和传播。
空间形状是指密闭空间的几何形状和尺寸。
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数学方法在自然通风计算中的应用
【摘要】本文通过对发电厂主厂房通风计算的分析,利用数学方法完成对通风中和面及送、排风口面积的精确计算,改变了以往只能采用试算确定中和面及送、排风口面积的状况,是数学知识与工程实际的一次良好结合,为其他方面的工程设计计算提供了思路和方法。
【关键词】发电厂;主厂房;自然通风;数学方法;求导
火力发电厂是目前世界上最常规的发电形式,也是我国目前最主要的电能供应方式,在我国社会经济的发展中起着重要的电能供应的作用。
作为火力发电厂的最主要生产建筑物,主厂房是电厂主要设备运行、操作、维护、检修的场所,各种重要的设备、管道、电缆和控制系统均密集的布置在主厂房内。
主厂房的温度控制,是确保设备正常运行,保证额定出力,满足质量要求和安全,文明生产的重要保障。
由于主厂房体积巨大,且室内温湿度要求较低,通常采用通风系统对主厂房进行温度调节。
根据《电暖规》规定,主厂房宜采用自然通风方式。
由于主厂房建筑尺寸高、内部设备散热量多、空气热压大,可以依靠自然热压达到通风的目的(热压通风是依靠室内外空气温差产生的热压诱导空气流动,从而达到无需辅助动力,而保证空气规则运动的通风形式),因此,应尽量利用自然通风达到通风降温的目的。
自然通风的计算主要涉及以下几项内容:
(1)通风换气量计算。
(2)进、排风口位置确定。
(3)进、排风口的内外热压差计算。
(4)进、排风口面积计算。
由于主厂房进、排风口通常采用进风窗,屋顶自然通风器或排风天窗的方式,而进风窗又兼做采光等其他用途,进、排风口的位置基本确定,选择合适的进、排风口面积,从而达到良好的通风效果,同时保证最佳经济性,是自然通风计算的主要目的。
通常在火力发电厂自然通风计算中,采用中和界法。
以往各专业设计院进行自然通风设计时,大都采用先假定中和界,再进行通风计算的方式,这种方法需要经过反复的试算、比较,才能确定最佳的数据,计算工作量较大,同时,由于中和界的选择需要相对专业的知识,进一步提高的进行主厂房自然通风计算的设计人员专业水平的门槛。
通过对自然通风工作原理及计算公式的研究,恰当的使用数学知识,就可以达到对主厂房自然通风中和界及进、排风口面积精确计算,不仅提高了工程设计的效率,降低了设计人员的门槛,同时避免了虽经多次计算,仍不能找到最优方案的尴尬。
具体计算共分四步,过程如下:
(1)通风换气量计算:
L=(式1-1)
L—主厂房设备散热量,kg/h。
Q—主厂房设备散热量,MW。
h,h—主厂房进、排风口空气热焓,kJ/kg。
(2)进、排风口位置确定:
主厂房进风通常采用各层进风窗,通常的进风分配比例为:
底层:中间层:运转层= 40%:20%:40%(该比例为工程推荐值,非确定值)
排风采用高侧窗、屋顶通风器或排风天窗。
(3)进、排风口的内外热压差计算:
进风口热压=进风口中心到中和界的距离乘以平均密度之差。
排风口热压=排风口中心到中和界的距离乘以平均密度之差。
ΔPin=Hin(ρin-ρav)g(式3-1)
ΔPex=Hex(ρin-ρav)g(式3-2)
式中:
ΔPin,ΔPex—进、排风口热压,Pa;
Hin,Hex—进、排风口中心与中和界的距离,m;
ρin—进风口空气密度,kg/m3;
ρav—室内空气平均密度,kg/m3;
g—重力加速度,m/s2。
(4)进、排风口面积计算:
A=(式4-1)
A=(式4-2)
式中:
A,A—进、排风口面积,m2;
Lin,Lex—进、排风口空气流量,kg/h;
μin,μex—进、排风口流量系数;
Hin,Hex—进、排风口距中和界的距离,m。
综合计算过程可知,在室内散热量及送、排风温差不变的情况下,主厂房的换气量不变,中和界越往下,进风口面积越大,反之,排风口面积越大。
实际工程中,由于室内散热量巨大,主厂房的送、排风口面积都很大,选择适当的进、排风口面积,不单需要满足主厂房内通风降温效果,同时也应考虑整个工程的经济性。
假设单位面积进风口造价为K1,单位面积排风口造价为K2,单位均为:元/m,整体的工程造价为:
W=K1Ain+K2Aex (式5-1)
将公式4-1,4-2代入式5-1中,得:
W=K1Ain+K2Aex
=K1+ K2
(式5-2)
式中:
Hjin—进风口中心高度,m;
Hpai—排风口中心高度,m;
Hav—中和界高度,m。
其中,Lin=Lex,可由式1-4计算得出,K1,K2,μin,μex,ρin,ρav,Hjin,Hpai均为确定值,因此工程造价为不确定量Hav的单变量函数,是一个上开口抛物线,中和界高度有一个最恰当值,此时工程造价为最低值,中和界高度距离最恰当值越大,工程总造价越高。
同时,由于工程造价是关于中和界高度的多重函数,单纯依靠试算来确定中和界高度和进、排风口面积,工作量大且不能找到最佳的数值。
为达到精确计算的目的,此处需引入数学中求导的方法。
导数(Derivative)是微积分中的重要基础概念。
当函数y=f(x)的自变量X在一点x0上产生一个增量Δx时,函数输出值的增量Δy与自变量增量Δx的比值在Δx趋于0时的极限a如果存在,a即为在x0处的导数,记作f’(x0)。
导数是函数的局部性质。
一个函数在某一点的导数描述了这个函数在这一点附近的变化率。
如果函数的自变量和取值都是实数的话,函数在某一点的导数就是该函数所代表的曲线在这一点上的切线斜率。
导数的本质是通过极限的概念对函数进行局部的线性逼近。
对式5-2进行求导,
f’(W)=
2gρ
(H
-H)(ρ
-ρ
)-2gρ
(H
-H)(ρ
-ρ
)(式5-3)
当f’(w)=0时,工程造价为最小值,此时对Hav求解,既可以得出中和界高度,此高度代入式4-1,4-2,即可求出相对应的进,排风口面积。
以下是山东某电厂的自然通风计算实例:
采用常规计算方式进行计算,表格如下:
表二中行1共对室内假想压力Px进行了7种假设,经过反复试算,第四种的开窗总面积最小,但此计算表格仍存在两个问题:
(1)默认进、排风口单价相同(实际工程中基本不可能);
(2)只是对其中的7个状态点进行了假设和计算,假设时需要设计人具有比较强的专业知识,且最后的计算数据并非最佳值。
采用求导方式进行计算,结果如下:
中和界高度:24.45652046m
A 窗面积:138.0416m2;
B 窗面积:80.89518m2;
C 窗面积:220.3468m2;
D 窗面积:354.3351m2;
进风总面积:439.2835m2;排风总面积:354.3351m2;
通风总面积:793.6186m2
该方法可一次性计算出设计所需最佳参数,无需反复试算,大大减低了工作量,同时可根据进、排风口单价不同调整输入参数,最大限度的与实际情况吻合。
以上便是利用数学方法对自然通风进行计算过程,实践证明,将数学知识和工程实际进行有效地结合,能大大提高工作效率和数据准确度,做到有理有据可依,是工程设计中值得推荐的思路和方法。
[科]
【参考文献】
[1]采暖通风与空气调节设计规范,GB50019-2003.
[2]火力发电厂采暖通风与空气调节设计技术规程,DL/T5.35-2004.
[3]李善化,康慧,孙相军等编著.火力发电厂及变电所供暖通风空调设计手册.。