壁面温升对建筑周边风环境及污染物扩散影响研究

摘要

建筑风环境主要包括室外风环境和室内自然通风。随着城市建筑密度不断增大，风环境已经成为影响人居住品质的重要因素。且建筑室内外风环境不仅关系到室外人行高度处安全和室内外污染物有效扩散，对建筑通风设计也有着重要意义，因此，很有必要加以重视并进行研究。
　　实际建筑周围流场情况较为复杂，来流风的变化、建筑外形的不同甚至气候情况的变化都会对流场造成影响。文中主要针对炎热天气太阳照射建筑壁面时，壁面温升对建筑近壁面空气流动的影响效果，进而分析其对近壁面处污染物扩散的影响。文中针对不同建筑壁面温升进行模拟分析。对中性大气、单个建筑的气流扰动情况进行模拟，并与日本建筑学会提供的风洞实验数据进行对比。选取3种RANS湍流模型对1∶1∶2单体建筑室外扰流流程进行模拟计算，计算结果与风洞实验数据对比，发现Realizable模型的计算结果与实验最为接近。之后，将其应用于建筑壁面在不同温升情况下建筑近壁流场及污染物扩散的模拟研究中，发现不论是近壁的速度场还是浓度场都有随着壁面有规律的变化。此外，文中也对污染物前缘释放效果进行了模拟，分析了源项位置与壁面温升的综合影响作用。该结果可用于指导建筑通风优化，同时指导住宅居民开窗行为。
　　其次，本文还研究了建筑开窗情况下，建筑室内外耦合通风。首先，为了提高室内外耦合通风模拟的精确度，文中分别对4种参数进行了分析计算。最终选取了最适用于该模型的设置参数。之后，对不同开窗方式以及不同壁面温升情况进行了模拟计算，分析了其对建筑室内外通风以及污染物扩散的影响作用。对于建筑通风策略的设计与建筑闭开窗均有指导作用。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及有研究意义

1．2 建筑风环境研究方法

1．2．1 风洞实验

1．2．2 数值模拟

1．2．3 现场实测

1．3 研究内容及方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

第二章 风洞实验与数值模拟理论基础

2．1 风洞实验理论基础

2．1．1 相似理论

2．1．2 相似准则数

2．1．3 相似准则的应用

2．2 数值模拟理论基础

2．2．1 控制方程(Governing Equations)

2．2．2 湍流模型(Turbulence Model)

第三章 单体建筑室外流场分析

3．1 风洞试验介绍

3．2 数值分析与湍流模型

3．2．1 物理模型

3．2．2 网格划分及无关性验证

3．2．3 湍流模型及解析解

3．3 结果分析

3．3．1 不同湍流模型结果分析

3．3．2 实尺寸与缩比例模型对比

3．3．3 风压系数影响分析

3．3．4 温度场对流场影响分析

3．3．5 温度场对浓度场影响结果分析

3．4 污染物前缘释放分析

3．4．1 污染物位置于S1处

3．4．2 污染物位置于S2处

3．4．3 污染物位置于S3处

3．4．4 污染物位置于S4处

3．5 本章结论

第四章 室内外耦合通风

4．1 对比风洞试验介绍

4．2 CFD模拟相关介绍

4．2．1 计算域及网格划分

4．2．2 边界条件

4．2．3 求解器设置

4．3 CFD模拟结果分析

4．3．1 网格无关性

4．3．2 湍流模型的影响

4．4 开窗位置对单体建筑室内外横向通风的影响

4．4．1 建筑模型设置

4．4．2 速度场

4．4．3 浓度场分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献