CN103900787B - 模拟大空间建筑下送中回分层空调的盐水模型实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，由模拟下送风的盐水供水系统、模拟热源的清水系统、模拟建筑中部回风的回水系统、模拟建筑顶部排风的排水系统等组成；模拟下送风的盐水供水系统包括柱状下送风口、电磁流量计、带PID控制变频器的盐水供水泵和盐水供水箱；模拟热源的清水系统包括清水箱、带PID控制变频器的清水泵、电磁流量计、热羽流分水器、点热羽流注入口。本发明可用于大空间建筑下送中回式分层空调气流组织运动机理，稳态流场下热环境和回风口区域卷吸流场信息的基础应用研究，并为实际大空间下送中回式分层空调，上部非空调区向下部空调区的对流转移特性的研究提供重要的研究基础和指导意义。

Description

模拟大空间建筑下送中回分层空调的盐水模型实验装置

技术领域

本发明涉及一种模型实验装置，尤其涉及一种大空间下送中回式分层空调的盐水模型实验装置。

背景技术

随着我国社会主义经济的发展，同时也出现了越来越多的大空间建筑，由于其建筑空间范围大，建筑高度高等特点，若按全室空调负荷计算，则会消耗较大的冷量，不利于节约能源。针对大空间建筑负荷的确定已做了大量的理论和实验工作，研究结果表明，与全室空调相比，分层空调在夏季可节省冷量约30%。从整个分层空调室内热环境形成机理出发，上部非空调区域向空调区域转移的热量主要由辐射转移热和对流转移热两部分组成，这一观点已获得业内人士的共识。

为了创造更加舒适且节能的室内热环境，下送风分层空调方式越来越多地应用到大空间建筑中，这类空调方式特点为建筑下部送风并存在热源、中部回风和上部排风，而对于这类分层空调上部非空调区向下部空调区的对流转移热的研究还较少。由于大空间建筑空间范围大，气流组织复杂等特点，如果直接在实际全尺寸建筑中进行实测和理论研究，会给研究带来一定难度，而探索一种既真实直观，易于操作，又便于分析、预测其气流机理运动的研究方法变得极其重要。预测建筑内气流组织的主要方法有模型计算、CFD数值模拟、模型实验3种方法。其中，借助相似理论，利用模型实验对建筑内气流组织进行预测，是较为可靠且准确的方法。相对空气模型实验而言，盐水模型实验方法更加真实直观，易于操作，较为清洁，且可靠性较强，属于缩尺模拟实验。实验中可以直观地看到流体的运动状态，实现流动的可视化研究。

盐水模型实验通过对实际建筑缩尺并根据相似理论推导和分析后，得到实型与模型建筑相关的相似准则数为雷诺数Re和阿基米德数Ar，确定各相关比例尺并最终确定模型实验台设计参数、设备选型和实验工况。盐水模型实验利用不同密度的盐水浓度差，分别模拟冷气流、热气流及热源等气流的运动及其相互作用，可以很好地预测并分析实际大空间建筑室内气流组织运动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，可用于大空间下送中回式分层空调室内气流组织、稳态条件下热环境及建筑上部非空调区对下部空调区的对流转移特性的基础应用研究，以解决目前大空间下送中回式分层空调的研究涉及较少，CFD数值模拟可信度低，空气模型实验难以实现可视化等弊端。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，由模拟下送风的盐水供水系统、模拟热源的清水系统、模拟建筑中部回风的回水系统、模拟建筑顶部排风的排水系统、盐水溶液回收与循环利用自动化系统和电气控制系统组成，其特点是：

所述模拟下送风的盐水供水系统包括模型柱状下送风口、第二电磁流量计、带PID控制变频器的盐水供水泵和盐水供水箱；盐水供水箱通过带PID控制变频器的盐水供水泵连接第二电磁流量计，第二电磁流量计与柱状下送风口相连；

所述模拟热源的热羽流清水系统包括清水箱、带PID控制变频器的清水泵、羽流分水器、点羽流注入口和第一电磁流量计；清水箱通过带PID控制变频器的清水泵连接第一电磁流量计，第一电磁流量计与羽流分水器连接，羽流分水器（3）与点羽流注入口相连；

所述模拟建筑中部回风的回水系统包括格栅型回风口模型、第三电磁流量计、带PID控制变频器的回水泵和回水箱；格栅型回风口通过带PID控制变频器的回水泵连接第三电磁流量计，第三电磁流量计与回水箱相连；

所述模拟建筑顶部排风的排水系统包括第五电磁流量计、带PID控制变频器的排水泵、主环境水箱；第五电磁流量计通过带PID控制变频器的排水泵（25）与主环境水箱连接；

所述盐水溶液回收与循环利用自动化系统包括盐水供水箱、回水箱、盐水调配箱、浓盐水箱、高位水箱、浓盐水泵、自循环泵、带PID控制变频器的盐水补给泵、第四电磁流量计、电导率仪、PID控制器、电动执行阀和智能在线密度计；所述浓盐水箱通过浓盐水泵与高位水箱相连，高位水箱通过电动执行阀与PID控制器相连，PID控制器与智能在线密度计相连，智能在线密度计置于盐水调配箱与回水箱之间的隔板最高处溢流管Ⅴ和高位水箱延伸下来浓盐水管路交汇口，盐水调配箱分别与自循环泵、带PID控制变频器的盐水补给泵相连，带PID控制变频器的盐水补给泵与第四电磁流量计相连，第四电磁流量计与盐水供水箱相连；电导率仪分别置于盐水供水箱和盐水调配箱的溶液管道出口处。

主环境水箱其中短边的一面侧壁设置柱状下送风口，柱状下送风口垂直上方设置格栅型回风口；主环境水箱短边的另一面侧壁上部设置排水口；主环境水箱底部等间距均匀设置个热羽流注入口；主环境水箱顶部设置盖板Ⅰ，盖板Ⅰ上共开有五个流场测试孔，五个流场测试孔分别位于盖板Ⅰ的正中间及其四角。

羽流分水器设有9个分别为模拟不同热源尺寸、强度及热源覆盖面积的热羽流注入口,其中,5个注入口的出流口径为20mm,4个注入口的出流口径为10mm，且各热羽流注入口的羽流流量均匀。

主环境水箱、盐水供水箱、回水箱、盐水调配箱由一体式水箱中三块不同高度的有机玻璃隔板隔断而成。

智能在线密度计将实时监测的浓、稀溶液混合后的密度值信号传输进PID控制器，PID控制器将密度这一数字量信号转化为模拟量信号反馈至电动执行阀，使电动执行阀自动调节阀门开度，控制浓盐水管路上浓盐水的流量，按比例混合使溶液密度值达到盐水供水箱内盐水溶液的密度值。

主环境水箱、盐水供水箱、回水箱、盐水调配箱组成的一体式水箱上设置固定支架Ⅳ，固定支架Ⅳ上部为一台面，台面上放置PID控制器和电导率仪。

电气控制系统包括电气控制柜，电气控制柜面板上设有直接控制各管路水泵启停和频率调节的启停按钮和变频器面板。

本发明的有益效果在于：本发明提出的大空间下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，准确科学、理论性强、操作自动化、适用多种工况、稳定性强、流场可视化，可用于室内稳态条件下气流组织、热环境及回风区域卷吸特性的基础应用研究，以克服目前对于大空间下送中回式这种分层空调研究涉及较少的现状。

附图说明

图1是本发明的模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

本发明的思路是：①根据相似理论及模型实验技术原理，利用不同浓度的盐水分别模拟大空间环境空气、贴壁柱状式下送风冷气流、地面热源热羽流、中部回风气流和顶部排风气流，研究大空间下送中回分层空调的气流组织形式、稳态条件下大空间室内热环境、回风口区域卷吸流场信息及分层空调上部区域向下部区域的对流转移特性；②通过在主环境水箱其中一面侧壁设置柱状下送风口模型；在主环境水箱中部，柱状下送风口模型的垂直上方设置格栅型回风口模型；在主环境水箱上部设置排水口；在主环境水箱底部设置9个热羽流注入口装置；在主环境水箱顶部设置盖板，盖板上共五个密度测试孔，分别处于主环境水箱正中间及均匀的四角；③通过各管路水泵采用变频器调节以改变管路流量，并设置旁通管，使得管路流量稳定且精确，以避免水泵直接供水引起的管路流量强烈波动，达到整个主环境水箱的各管路之间流进、流出溶液平衡；④通过在盐水供水管路、回水管路、排水管路、清水管路和盐水补给管路设置旁通管路并安装针型阀，对各管路流量做精确地微调节；⑤通过在盐水供水管路、回水管路、排水管路、清水管路和盐水补给管路将电磁流量计、带PID控制的变频器和水泵组成一个闭环控制系统，通过变频器设定频率改变水泵电机的转速以调整管路流量至实验工况所需流量值，同时，电磁流量计将读取的流量值数字量信号输出至变频器，变频器经PID计算对管路流量进行微调节，直至达到较为精确地流量值；⑥将盐水供水箱、回水箱和盐水调配箱制作成一体式水箱，通过设置不同高度的隔板将一体式水箱拆分成三个水箱，通过直接溢流的方式以减少水泵数量；⑦通过浓盐水泵将浓盐水箱内浓盐水送入高位水箱内，高位水箱通过设置溢流槽使多余的溶液回流至浓盐水箱内，使得水箱始终保持稳定的液位，即保证了稳定的高差。浓盐水管路设置旁通管使流量稳定；⑧通过在回水箱与盐水调配箱之间的隔板最高处溢流管Ⅴ和高位水箱延伸下来浓盐水管路交汇口设置智能在线密度计，智能在线密度计将实时监测的浓稀溶液混合后的密度值传输进PID控制器，PID控制器将密度这一数字信号转化为模拟量信号反馈至电动执行阀，使电动执行阀自动调节阀门开度，控制浓盐水溶液的流量，按比例混合使溶液密度值达到供盐水箱内盐水溶液的密度值；⑨实验开始前，通过在盐水供水箱中注入颜料将盐水溶液染色和在盐水调配箱固定支架Ⅳ上设置色液盒Ⅵ，在盐水调配过程中根据实际情况注入颜料的量将颜色较浅的混合盐水溶液进一步染色，颜料显示模拟下送风的盐水在主环境水箱中的运动特点，实现流场可视化；⑩安装电气控制柜，满足所有管路系统集中控制启停及调节频率。电气控制为各管路单独控制，将所有闭环控制系统线路接至电气控制柜，通过电气控制柜面板上的启停按钮和变频器面板直接控制系统启停和频率设定；

本发明中的盐水模型实验台可实现的实验目标有：

不同柱状式下送风低面风速的模拟；

不同回风口形式、朝向的模拟；

不同热源功率、热源位置、热源尺寸、热源面积的热羽流模拟；

将围护结构传热热量以热源形式折算；

大空间下送风分层空调稳态条件下热环境及回风口区域卷吸流场的模拟；

通过在盐水供水箱和盐水调配过程中将盐水染色实现流场可视化；

本发明的工作原理是：经过处理的冷空气气流通过设在大空间下部人体活动区域的贴壁柱状式下送风口，以低风速，小温差，直接送入大空间内。由于送风动量低，送风冷空气与室内空气掺混很小，送入的较冷空气与室内空气因相对密度大，在重力作用下下沉并扩散，在地面上部区域形成一层很薄的“冷空气湖”。当遇到热源时，被加热，慢慢升起，沿程不断地卷吸周围空气上升。在上升的热气流的卷吸作用和后续送入的新风“推动”作用以及大空间建筑中部回风口、顶部排风口的“抽吸”的联合作用下，覆盖在地板上方的新鲜空气也缓慢向上移动。由于热气流卷吸周围空气不断地上升和中部回风口处的抽吸，存在一个分界面将整个大空间室内分成温度相对较低的下部区域和温度相对较高的上部区域。在建筑中部回风口卷吸上、下区域空气的同时，热源产生的热气流卷吸周围空气不断地上升，在该分界面处，热空气的上升和冷空气的下降气流流量是相等的。利用不同浓度的盐水之间的密度差产生的浮力作用来模拟非等温下送风和热羽流的运动，二者具有相似性；整个系统存在三种溶液密度，模拟热源的溶液为清水，模拟大空间的主环境水箱内溶液为一定较稀浓度的盐水溶液，模拟下送风的盐水溶液的浓度较主环境水箱内盐水溶液浓度高。利用较高浓度的盐水从模型柱状式下送风口注入，利用较高浓度盐水来模拟冷空气送入建筑下部区域后形成的“冷空气湖”效应及置换式气流；利用清水从主水箱底部注入，利用清水在主水箱内环境较稀的盐水溶液中的上浮运动以模拟热源的热羽流运动；根据相似理论原理，确定满足几何相似、物理相似、运动相似、动力相似、单值条件相似的模型实验装置参数和实验工况参数，可准确科学地模拟空气气流运动特点；根据因次分析和相似理论，确定盐水模型实验的相似准则数及满足相似时准则数的条件：a)空气和液体的Re数处于各自的自模区，b)Pr数与Sc数相等，Pr=Sc=1，c)Ar数相等；根据相似准则数，确定水箱尺寸、接管尺寸、柱状式下送风口模型尺寸、回风口模型尺寸、热羽流注入口尺寸与排风口模型尺寸及其各相对位置、密度测点位置布置等模型实验台参数以及模拟下送风、主环境水箱内溶液和热羽流等实验介质参数；通过在实验装置中设置不同朝向的回风口模型以模拟不同回风朝向，设置不同热源尺寸、强度及覆盖面积的热羽流情况以模拟不同热源情况；通过调节盐水流量，以模拟不同下送风的面风速、不同热源发热量、回风速度和排风速度的工况；实验开始前，通过在盐水供水箱中注入颜料将盐水溶液染色和在盐水调配箱固定支架上设置色液盒，在盐水调配过程中根据实际情况注入颜料的量将颜色较浅的混合盐水溶液进一步染色，颜料显示模拟下送风的盐水在主水箱中的运动特点，实现流场可视化；根据实验工况确定实验方案和实验流程，在实验装置上进行调试，调试完毕后进行正式实验。

实施例一

请参阅图1，本发明揭示了一种模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，由主水箱、溢流回收箱、回收储水箱、模拟下送风的盐水供水系统、模拟热源的清水系统、模拟建筑中部回风的回水系统、模拟建筑顶部排风的排水系统、盐水溶液回收与循环利用自动化系统、电气控制系统、管路及附件等组成。

所述装置包括：清水箱1、带PID控制变频器的清水泵2、羽流分水器3、点羽流注入口4、第一电磁流量计5、主环境水箱6.；柱状下送风口7、第二电磁流量计8.；带PID控制变频器的盐水供水泵9、溢流回收箱10、格栅型回风口11、第三电磁流量计12.；带PID控制变频器的回水泵13、盐水供水箱14、回水箱15、盐水调配水箱1、浓盐水箱17、浓盐水泵18、高位水箱19、自循环泵20、带PID控制变频器的盐水供给泵21、第四电磁流量计22、回收储水箱23、第五电磁流量计24、带PID控制变频器的排水泵25、电导率仪26、PID控制器27、电动执行阀28、智能在线密度计29、电气控制柜30、第一至第五针型阀a、f、h、j、k、第一至第八球阀b、g、i、k、l、m、n、o；第一至第九截止阀c1、c2、c3、d1、d2、d3、e1、e2、e3、主环境水箱盖板Ⅰ、清水供给管路Ⅱ、实验装置底座Ⅲ、固定支架Ⅳ；回水箱溢流管Ⅴ、色液盒Ⅵ等。

所述模拟下送风的盐水供水系统包括柱状下送风口7、第二电磁流量计8、带PID控制变频器的盐水供水泵9和盐水供水箱14；盐水供水箱14与带PID控制变频器的盐水供水泵9相连，带PID控制变频器的盐水供水泵9与第二电磁流量计8相连，第二电磁流量计8与柱状下送风口7相连。

所述模拟热源的热羽流清水系统包括清水箱1、带PID控制变频器的清水泵2、羽流分水器3、点羽流注入口4和第一电磁流量计5；清水箱1与带PID控制变频器的清水泵2相连，带PID控制变频器的清水泵2与第一电磁流量计5相连，第一电磁流量计5与羽流分水器3，羽流分水器3与点羽流注入口4相连。

所述模拟建筑中部回风的回水系统包括格栅型回风口11、第三电磁流量计12、带PID控制变频器的回水泵13和回水箱15；格栅型回风口11与带PID控制变频器的回水泵13相连，带PID控制变频器的回水泵13与第三电磁流量计12相连，第三电磁流量计12与回水箱15相连。

所述模拟建筑顶部排风的排水系统包括第五电磁流量计24和带PID控制变频器的排水泵25；第五电磁流量计24与带PID控制变频器的排水泵25相连。

所述盐水溶液回收与循环利用自动化系统包括盐水供水箱14、回水箱15、盐水调配箱16、浓盐水箱17、高位水箱19、浓盐水泵18、自循环泵20、带PID控制变频器的盐水补给泵21、第四电磁流量计22、电导率仪26、PID控制器27、电动执行阀28和智能在线密度计29；浓盐水泵18与高位水箱19相连，高位水箱19与电动执行阀28相连，电动执行阀28与PID控制器27相连，PID控制器27与智能在线密度计29相连，智能在线密度计29置于盐水调配箱16与回水箱15之间的隔板最高处溢流管Ⅴ和高位水箱19延伸下来浓盐水管路交汇口，盐水调配箱16与自循环泵20、带PID控制变频器的盐水补给泵21相连，带PID控制变频器的盐水补给泵21与第四电磁流量计22相连，第四电磁流量计22与盐水供水箱14相连；电导率仪26分别置于盐水供水箱14和盐水调配箱16的溶液管道出口处。

所述电气控制系统包括电气控制柜30及其附件；，电气控制柜30面板上设有直接控制各管路水泵启停和频率调节的启停按钮和变频器面板。

整个盐水模型实验台置于实验装置底座Ⅲ上；在主水箱6短边侧壁设置溢流槽，可使实验调试过程中微量多余溶液溢出，保证主水箱6内溶液自由液面保持恒定；主水箱6为开式水箱，顶部盖板Ⅰ覆盖除溢流槽部分区域；盖板Ⅰ可拆卸，盖板Ⅰ上均匀设置5个流场测孔；主水箱6底部设置兼具排污功能的排水管，并等间距设置9个热羽流注入口用以模拟不同羽流尺寸、不同位置和不同面积的热源；主水箱6其中一短边侧壁底部设置模型柱状式下送风口，在水箱中部，也即模型柱状式下送风口垂直上部设置模型回风口，形成单送单回的气流组织形式；主水箱6另一短边侧壁顶部设置模型排风口，用以模拟大空间上部非空调区的排风；模拟下送风的盐水供水系统中，通过盐水供水管道将模拟下送风的盐水供水箱14、带PID控制的变频器盐水供水泵9、第二针型阀f、第二球阀g、第二电磁流量计8和模型柱状下送风口7相连；模拟热源的羽流清水系统中，通过将清水供水管将羽流清水管道将清水箱1、带PID控制变频器清水泵2、第一针型阀a、第一球阀b、第一电磁流量计5、分水器3，第一至第九截止阀c1、c2、c3、d1、d2、d3、e1、e2、e3和羽流注入口4相连。羽流注入口共9个，其中5个为20mm出流口径，4个为10mm出流口径，呈长方形均匀布置，每个注入口上设置截止阀，根据不同实验工况确定球阀的启闭；羽流盐水注入管末端为经特殊处理的羽流注入口4，羽流注入口4伸入主环境水箱6内部；模拟回风的回水管路系统中，通过回水管将带PID控制变频器排水泵13、第三电磁流量计12、第三针型阀h、第三球阀i和回水箱15相连；模拟排风的排水管路系统中，通过排水管将带PID控制变频器排水泵25、第八球阀o和第五电磁流量计24相连；盐水溶液回收与循环利用系统中，盐水供水箱14、回水箱15与盐水调配箱16制作成一体式水箱，通过设置不同高度的隔板将一体式水箱拆分成三个水箱，减少了水泵数量，直接溢流的方式也避免了水泵输送溶液带来的不稳定性；盐水溶液回收与循环利用自动化系统中，通过浓盐水管路将浓盐水箱17、浓盐水泵18、第六、七球阀m，n、高位水箱19、电动执行阀28和盐水调配泵16相连，高位水箱19设置溢流槽，使多余的浓盐水溢流后溢流返回浓盐水箱17内，维持恒定的自由液面以保持稳定的高差；盐水溶液回收与循环利用自动化系统中，通过在隔板最高处溢流管Ⅴ和高位水箱19延伸下来浓盐水管路交汇口设置智能在线密度计29，智能在线密度计29将实时监测的浓稀溶液混合后的密度值传输进PID控制器27，PID控制器27将密度这一数字信号转化为模拟量信号反馈至电动执行阀28，使电动执行阀28自动调节阀门开度，控制浓盐水溶液的流量，按比例混合使溶液密度值达到盐水供水箱14内盐水溶液的密度值；盐水溶液回收与循环利用自动化系统中，盐水调配箱16设置自循环泵20，通过自循环泵20将浓、稀盐水混合均匀；盐水溶液回收与循环利用自动化系统中，通过盐水补给管路将盐水调配水箱16、带PID控制变频器的盐水补给泵21、第四、五针型阀j、k、第四电磁流量计22和盐水供水箱14相连接，第四电磁流量计22与盐水供水箱14相连，在盐水调配水箱16和盐水供水箱14管路盐水溶液出口处设置电导率仪26探头，实时监测出口盐水的密度，确保出流盐水密度为所需密度值；模拟下送风的盐水供水管路、模拟热源的热羽流清水管路、模拟回风的回水管路、模拟排风的排水管路和盐水回收与循环利用自动化管路中，将电磁流量计、带PID控制变频器和水泵组成一个闭环控制系统，通过变频器设定频率改变水泵电机的转速以调整管路水流量至实验工况所需流量值，电磁流量计将读取的流量值输出至变频器，变频器经PID计算对管路流量进行微调直至达到较为精确的流量值。同时，在水泵之后设置旁通管路并安装针型阀，使得水流量更加稳定和精确；电气控制系统中，将带PID控制的变频器的盐水供水泵、带PID控制的变频器的回水泵、带PID控制的变频器的排水泵、带PID控制的变频器的清水泵、带PID控制的变频器的盐水补给泵和浓盐水泵因其都是三相水泵，故可以引出控制线接至电气控制柜30，通过电气控制柜30面板上开关和变频器控制面板直接控制水泵的启停和设置频率改变水泵转速，最终达到改变管路流量的目的。

其实验流程为：根据实验目标，首先确定实验台设计方案；根据相似理论计算模型实验的边界条件和介质参数；根据实验介质参数，进行设备和仪器的选型。实验前关闭第一针型阀a，第一球阀b，第一至第九截止阀c1、c2、c3、d1、d2、d3、e1、e2、e3,其余阀门全部开启，以保证所有水泵内充满溶液。主环境水箱6注满指定密度的盐水，清水箱1内注满清水，盐水供水箱14内注满指定密度的盐水，浓盐水箱17内注满指定密度的浓盐水，其中，盐水供水箱14内盐水密度大于主环境水箱6内盐水的密度。开启浓盐水泵18将浓盐水输送至高位水箱19内，直至高位水箱19浓盐水满溢，通过溢流槽回流返回至浓盐水箱17内；在盖板Ⅰ上五个测试孔位置放置五个电导率仪26探头进入主环境水箱6内一定液位高度处；在盐水调配箱16和盐水供水箱14盐水溶液出口处布置电导率仪26的探头；在回水箱与盐水调配箱之间的隔板最高处溢流管Ⅴ和高位水箱延伸下来浓盐水管路交汇口处布置智能在线密度计29；各管路变频器设定至指定频率；同时开启盐水供水泵9、回水泵13、排水泵25、热羽流清水泵2，运行几秒后水泵经变频器调频自动调节至指定转速并达到稳定，并通过对各管路及其旁通管上的针型阀进行微调，让管路流量更加稳定及精确，保证了整个系统溶液流进、流出达到平衡，最终使得整个主环境水箱6液位始终保持在盖板Ⅰ高度处位置，而主环境水箱6的溢流槽内只能有极微量的溶液溢出；随着实验的进行，当5个位置的电导率探头测试的密度值几乎不再变化后，即可确定实验达到稳态；在垂直方向，以设定的间隔缓慢地移动电导率仪探头调整测试位置，测试模型建筑内垂直方向的密度梯度；测试完成后，关闭电气控制柜上所有的启停开关，排出水箱和管路系统内残余盐水，然后用清水清洗重要设备仪器。

实验完成后，根据相似理论进行的数据转换和处理，最后得到实验结论。

综上所述，本发明提出的大空间下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，准确科学、理论性强、操作自动化、适用多种工况、稳定性强、流场可视化，可用于室内稳态条件下气流组织、热环境及回风区域卷吸特性的基础应用研究，以解决目前对于大空间下送中回式分层空调，上部区域对于下部区域的对流转移特性研究较少的现状和CFD数值模拟可信度低，难以实现可视化等弊端。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (7)

1.一种模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，由模拟下送风的盐水供水系统、模拟热源的清水系统、模拟建筑中部回风的回水系统、模拟建筑顶部排风的排水系统、盐水溶液回收与循环利用自动化系统和电气控制系统组成，其特征在于：

所述模拟下送风的盐水供水系统包括柱状下送风口（7）、第二电磁流量计（8）、带PID控制变频器的盐水供水泵（9）和盐水供水箱（14）；盐水供水箱（14）通过带PID控制变频器的盐水供水泵（9）连接第二电磁流量计（8），第二电磁流量计（8）与柱状下送风口（7）相连；

所述模拟热源的清水系统包括清水箱（1）、带PID控制变频器的清水泵（2）、羽流分水器（3）、点羽流注入口（4）和第一电磁流量计（5）；清水箱（1）通过带PID控制变频器的清水泵（2）连接第一电磁流量计（5），第一电磁流量计（5）与羽流分水器（3）连接，羽流分水器（3）与点羽流注入口（4）相连；

所述模拟建筑中部回风的回水系统包括格栅型回风口（11）、第三电磁流量计（12）、带PID控制变频器的回水泵（13）和回水箱（15）；格栅型回风口（11）通过带PID控制变频器的回水泵（13）连接第三电磁流量计（12），第三电磁流量计（12）与回水箱（15）相连；

所述模拟建筑顶部排风的排水系统包括第五电磁流量计（24）、带PID控制变频器的排水泵（25）、主环境水箱（6）；第五电磁流量计（24）通过带PID控制变频器的排水泵（25）与主环境水箱（6）连接；

所述盐水溶液回收与循环利用自动化系统包括盐水供水箱（14）、回水箱（15）、盐水调配箱（16）、浓盐水箱（17）、高位水箱（19）、浓盐水泵（18）、自循环泵（20）、带PID控制变频器的盐水补给泵（21）、第四电磁流量计（22）、电导率仪（26）、PID控制器（27）、电动执行阀（28）和智能在线密度计（29）；所述浓盐水箱（17）通过浓盐水泵（18）与高位水箱（19）相连，高位水箱（19）通过电动执行阀（28）与PID控制器（27）相连，PID控制器（27）与智能在线密度计（29）相连，智能在线密度计（29）置于盐水调配箱（16）与回水箱（15）之间的隔板最高处溢流管Ⅴ和高位水箱（19）延伸下来浓盐水管路交汇口，盐水调配箱（16）分别与自循环泵（20）、带PID控制变频器的盐水补给泵（21）相连，带PID控制变频器的盐水补给泵（21）与第四电磁流量计（22）相连，第四电磁流量计（22）与盐水供水箱（14）相连；电导率仪（26）分别置于盐水供水箱（14）和盐水调配箱（16）的溶液管道出口处。

2.根据权利要求1所述的模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，其特征在于：所述主环境水箱（6）其中短边的一面侧壁设置模型柱状下送风口（7），柱状下送风口（7）垂直上方设置格栅型回风口（11）；主环境水箱（6）短边的另一面侧壁上部设置排水口；主环境水箱（6）底部等间距均匀设置9个热羽流注入口；主环境水箱（6）顶部设置盖板Ⅰ，盖板Ⅰ上共开有五个流场测试孔，五个流场测试孔分别位于盖板Ⅰ的正中间及其四角。

3.根据权利要求1所述的模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，其特征在于：所述羽流分水器（3）设有9个分别为模拟不同热源尺寸、强度及热源覆盖面积的热羽流注入口,其中,5个注入口的出流口径为20mm,4个注入口的出流口径为10mm，且各热羽流注入口的羽流流量均匀。

4.根据权利要求1所述的模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，其特征在于：所述主环境水箱（6）、盐水供水箱（14）、回水箱（15）、盐水调配箱（16）由一体式水箱中三块不同高度的有机玻璃隔板隔断而成。

5.根据权利要求1所述的模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，其特征在于：所述智能在线密度计（29）将实时监测的浓、稀溶液混合后的密度值信号传输进PID控制器（27），PID控制器（27）将密度这一数字量信号转化为模拟量信号反馈至电动执行阀（28），使电动执行阀（28）自动调节阀门开度，控制浓盐水管路上浓盐水的流量，按比例混合使溶液密度值达到盐水供水箱（14）内盐水溶液的密度值。

6.根据权利要求1所述的模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，其特征在于：所述主环境水箱（6）、盐水供水箱（14）、回水箱（15）、盐水调配箱（16）组成的一体式水箱上设置固定支架Ⅳ，固定支架Ⅳ上部为一台面，台面上放置PID控制器（27）和电导率仪（26）。

7.根据权利要求1所述的模拟大空间建筑下送中回式分层空调的盐水模型实验装置，其特征在于：所述电气控制系统包括电气控制柜（30），电气控制柜（30）面板上设有直接控制各管路水泵启停和频率调节的启停按钮和变频器面板。