风压驱动下单侧自然通风流量模型研究

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自然通风是一项节能、环保的被动式建筑技术。其应用形式主要可分为双侧通风(穿堂风)和单侧通风。尽管穿堂风的风量较大,应用较广,但在一般办公或公寓建筑中,考虑到房间空间尺寸、防火要求及个人隐私的保密问题,建筑单侧通风模式也得到了普遍的应用。单侧自然通风的驱动力可分为热压和风压。本文主要针对非稳态风压驱动下的单侧自然通风进行研究,对其平均流量、波动流量进行分析,并结合数值模拟手段,对开口位于建筑迎风面、开口位于建筑背风面、开口位于建筑侧面,这三种不同形式的单侧自然通风建筑进行研究,提出流量模型。  首先,针对迎风面开口情况,分析了风压驱动下的平均流量和波动流量。重点对波动流量中的脉动流量及宽频流量进行了研究,并结合自然通风现场实测数据,对平均流量模型进行了梳理,提出了总的流量模型。针对不同开口率下的迎风面开口工况,分别采用稳态RNG和LES模型进行了计算分析。模拟结果表明,当开口率较小时,单侧自然通风主要以脉动通风为主,应以脉动通风量作为实际换气量。而当开口率较大时,则以平均风量为主,其开口率分界可以3%为参考。此外,在开口率较大情况下,当来流速度波动相比平均速度较大时,则其流量为平均流量和宽频流量之和。文中还比较了稳态RNG和非稳态LES模拟结果,分析了其模型适用性;并就相关影响因素对流量的影响进行了模拟分析。  其次,对于开口在背风面的工况,模拟发现通风量与开口面积呈幂指数关系,而与风速呈线性关系;进而推导出了适用于背风面单开口自然通风的通风量计算公式。对于平行通风问题,主要对无量纲通风量进行了研究,研究发现,当开口面积一定时,剪切层无量纲通风量是一个固定值,但是开口率对其会产生一定影响;另外,模拟结果显示,通风量与开口面积呈幂指数关系,与风速呈线性关系,进而通过对数据的整合,推导出了计算剪切层通风量的计算公式。  最后,将上述三种情况下的通风量进行了汇总比较,结果证明开口位于建筑迎风面时通风量最大,且线性化过程的研究表明,不管开口位于何种位置,开口面积对通风量的影响都要大于风速对其产生的影响。  本文主要通过理论分析和数值模拟手段,对风压驱动下的不同形式单开口自然通风建筑,提出了通风量模型,并且进行了流场分析,这些结果对于自然通风设计及评估有一定的指导意义。
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