风压驱动下单侧自然通风建筑的有效换气分析

摘要

与空调相比，自然通风具有经济而又舒适的特点。在建筑可持续发展的大环境下，自然通风重新受到研究者较多的关注。自然通风可分为单侧通风和双侧通风。由于空间的私密性要求及家具等的阻碍作用，单侧自然通风建筑在现实生活中也较为常见。基于单侧通风，目前较多研究者关注开口处的平均通风量，而忽视建筑的有效通风量。在此背景下，本文主要对风压驱动下单侧自然通风建筑进行了现场实测和数值模拟分析。 首先，文章详细介绍了三种预测单侧自然通风建筑通风量的方法——界面速度提取法、示踪气体浓度衰减法和恒定速率衰减法。针对实验调查对象，使用FLUENT软件，进行了数值模拟，在CFD中再现了上述三种通风量计算方法。将不同计算方法得到的风量结果，与相应实验数据和已有经验模型进行对比，发现通过浓度衰减法和恒定速率衰减法可计算得到室内的有效通风量，且前者能进行更好的预测，误差更小。通过对不同监控体积下的通风量进行分析，发现在浓度衰减法整个过程中，室内的CO2浓度分布较为均匀。 其次，分析了能够较好反映室内有效换气的参数——混合系数和新风有效进深。对混合系数已有公式的适用性进行了讨论，并分析了风压和热压分别作用下，新风有效进深的机理。将示踪气体浓度衰减法作为室内有效通风量的基准计算方法，界面速度提取法作为建筑开口平均通风量的基准计算方法，分别对不同风速、开口位置、开口尺寸和建筑物尺寸的单开口自然通风建筑进行了模拟，分析了各因素对平均通风量、有效通风量、混合系数和新风有效进深的影响。 最后，考虑实际生活中，物理模型更为复杂，采用相同的模拟和计算方法，对单侧多开口自然通风建筑进行了模拟。讨论了迎风面不同开口数量情况下，各开口流量之间的关系，以及该建筑物有效通风量与开口处总平均通风量之间的关系，并对建筑物周围的流场进行了分析。 本文研究结论能够给建筑自然通风设计和评估提供一些合理化的建议，有助于增强自然通风对室内有效换气的作用。

目录

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第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1建筑可持续发展

1.1.2自然通风与室内空气品质

1.2研究现状

1.2.1自然通风研究方法

1.2.2风压驱动下单侧开口自然通风量求解模型

1.3课题的来源和研究内容

1.3.1课题的来源

1.3.2研究内容

第2章 CFD中不同通风量提取方法的实现及比较

2.1自然通风量计算方法

2.1.1开口界面积分法

2.1.2示踪气体法

2.2单侧自然通风现场实测研究

2.2.1基于浓度衰减法的平均通风实测

2.2.2基于恒定速率释放法的瞬时通风实测

2.3单侧自然通风数值模拟研究

2.3.1数值模拟方法

2.3.2物理模型

2.3.3网格划分

2.3.4边界条件设置

2.3.5求解模型

2.3.6 Yplus验证及网格独立性验证

2.4通风量模拟结果与实验结果对比分析

2.4.1不同模拟工况下通风量对比

2.4.2已有通风量理论模型验证

2.5不同监控体积下的有效通风量分析

2.6本章小结

第3章 单侧单开口自然通风建筑的有效换气分析

3.1 相关概念及计算公式

3.1.1混合系数

3.1.2新风有效进深

3.2建筑有效换气的因素分析

3.2.1风速影响

3.2.2开口位置影响

3.2.3开口尺寸影响

3.2.4建筑物尺寸影响

3.3本章小结

第4章 单侧多开口自然通风建筑通风量分析

4.1 已有多开口自然通风研究

4.2 物理模型及数值模拟方法

4.3 各开口平均流量的对比分析

4.4 该区有效流量与各开口流量之间的关系

4.5本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间完成的论文及参与课题