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建筑单区模型大开口自然通风数值模拟研究

【摘要】:空调技术的发展,使得自然通风在很长一段时间内被忽略,但是随着可持续发展战略的提出,封闭式空调带来的室内空气品质和居民健康问题的出现,促使科学家以及相关研究人员对自然通风有一个新的认识。合理的利用自然通风,不仅能节约能源,并且还能提供清洁舒适健康的自然风,改善室内空气品质,保障人们健康的室内生活环境。但随着现代城市布局和建筑结构形式的发展和演变,当代自然通风的利用比在传统建筑中更加复杂、更加的不稳定,而人们对建筑室内气流环境要求却在提高,所以自然通风的研究任务更加艰巨。因此,本文以单侧和双侧大开口多种工况下自然通风情况为研究课题,对改善人们生活环境具有理论和实际意义。 本文首先指出了本研究课题的学术背景及理论与实际意义,回顾了大开口自然通风的理论研究进展和发展状况,提出了研究的热点、难点和一些重要的影响参数。 本文采用了计算机流体计算软件Fluent软件,对单侧大开口工况下的自然通风情况进行了模拟分析,一方面证明了Fluent在对自然通风进行模拟的正确性和可行性,另外一方面也对一些经典自然通风流量表达式进行了验证。分析了不同开口面积、室内外温差、热源下的单开口热压、风压、热压风压共同作用下的自然通风效果和影响因素,指出了热压风压共同作用时主导驱动力的问题,并且笔者还认为此种工况下热压和风压具有相互增益和相互抑制的现象,对单侧大开口自然通风设计有一定的理论指导意义。 通过对双侧开口自然通风的模拟,笔者得到结果认为在纯热压作用下的双侧开口和单侧开口没有实质性的区别,可以认为双侧开口为两个单侧开口的叠加。针对流量系数的问题,通过模拟值、计算值和一些前人实验的实验值进行比较认为双侧开口的流量系数应该取不同的值。而对于热压风压共同作用下自然通风,主要针对通风量的问题进行了模拟,通过模拟结果的比较分析笔者得出了此种工况下的通风量为两者单独作用时通风量比较大的那一个。 最后,本文还模拟分析了不同周期、不同振幅情况下正弦型来流风速下的单侧和双侧自然通风通风情况,结果显示正弦型来流是在定常来流的基础之上,叠加正弦型扰动来实现的。所以,正弦型来流并未从本质上改变气流在房间内部和房间外部的流动特征,正弦型来流风与定常来流风速的数值计算结果是相似的。

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