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作者及发表信息

该研究由cong song、xiaohui li、yanfeng liu和longxiang gao共同完成，他们分别来自西安建筑科技大学的绿色建筑国家重点实验室和建筑服务科学与工程学院。该研究于2024年6月11日被接受，并发表在《Building Simulation》期刊上，卷号为17，期号为10。

学术背景

该研究的主要科学领域是高原睡眠环境中的热氧耦合气流扩散特性。高原地区的低氧和寒冷环境会导致睡眠障碍，进而对人体产生显著危害。为了提高高原地区人类的睡眠质量，该研究探索了高原睡眠环境中的热环境和氧气环境的调节。通过热流体力学射流的理论分析，确定了热氧耦合气流扩散的影响因素，并利用计算流体动力学（CFD）方法研究了高原睡眠实验中的热氧耦合气流扩散特性。

研究流程

1. 理论分析：研究首先通过热流体力学射流的理论分析，确定了热氧耦合气流扩散的影响因素。这些因素包括射流速度、管道直径、射流距离、温度场和浓度场的耦合关系等。
2. CFD模拟：研究使用CFD方法对热氧耦合气流的扩散过程进行了数值模拟。模拟过程中，建立了三维不可压缩流体的控制方程，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程，以及组分传输方程。
3. 实验验证：研究在拉萨进行了高原睡眠实验，验证了CFD模型的准确性。实验测量了氧气体积分数、温度和速度等参数，并与模拟结果进行了对比。
4. 数据分析：研究通过面部区域速度比（FSR）、吹风风险（DR）、个人氧气吸入效率（POIE）和能量利用系数（EUC）等指标，分析了热氧耦合气流的效果，并提出了优化设计策略。

主要结果

1. 热羽流和温度差的影响：研究发现，人体热羽流和温度差对热氧耦合气流的扩散有显著影响。在距离人脸0.1米的范围内，热羽流的影响较大，热氧耦合气流的扩散过程主要分为三个阶段：流体重力驱动阶段、过渡阶段和热浮力驱动阶段。
2. 氧气体积分数的稳定性：研究发现，不同条件下吸入区域氧气体积分数的大小和稳定时间存在显著差异，且受供气温度差的强烈影响。
3. 优化设计策略：研究提出了优化设计策略，建议出口气流速度为1.5 m/s，出口气流与室内背景空气的温度差为8 K，出口氧气体积分数为30%。

结论

该研究为高原睡眠环境中的热氧环境调节提供了科学依据。通过优化设计策略，可以有效提高高原地区人类的睡眠质量。研究还发现，温度和浓度场的耦合关系对热氧耦合气流的扩散有显著影响，温度的控制和调节可以更快地调整氧气体积分数。

研究亮点

1. 重要发现：研究发现，人体热羽流和温度差对热氧耦合气流的扩散有显著影响，特别是在距离人脸0.1米的范围内。
2. 方法创新：研究使用CFD方法对热氧耦合气流的扩散过程进行了数值模拟，并通过高原睡眠实验验证了模型的准确性。
3. 特殊目标：研究针对高原睡眠环境中的热氧耦合气流扩散特性进行了深入研究，填补了该领域的研究空白。

其他有价值的内容

研究还提出了一些值得进一步研究的问题，如不同射流方向、热氧源的位置和房间的密闭性等。这些问题将在后续研究中进行分析和解决。

通过该研究，我们不仅深入了解了高原睡眠环境中的热氧耦合气流扩散特性，还为高原地区人类的睡眠质量改善提供了科学依据和优化设计策略。