《非穩態風壓驅動下自然通風建築蓄熱特性研究》是依託武漢理工大學，由周軍莉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：非穩態風壓驅動下自然通風建築蓄熱特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周軍莉
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自然通風是被動式建築技術中的重要方法，而建築蓄熱與自然通風建築室內熱環境緊密相關，自然通風建築室內溫度由於建築蓄熱作用相對室外溫度波出現延遲和衰減特徵。.實際自然風具有紊態和非穩定性質。本項目擬定在分析自然來流平均風特性與波動風特性基礎上，主要針對雙側/單側開口自然通風模型，研究流動機理，分析主要特徵參數，提出在CFD模型中構建非穩態風壓邊界條件的方法；選取合適的湍流模型及邊界條件，提出同時考慮建築傳熱、蓄熱作用的非穩態自然通風數值模擬模型及計算方法，並經過實驗驗證；通過該模型，對非穩態風壓驅動下雙側/單側開口自然通風建築進行CFD數值模擬，探討變風速、風向及湍流脈動等參數與建築蓄熱作用之間的關係，分析非穩態風壓驅動下的自然通風建築蓄熱特性及不同建築蓄熱體對室內溫度的影響規律；最後結合數值模擬結果與巨觀分析方法，提出適合於指導工程實踐的非穩態風壓驅動自然通風建築蓄熱設計與評估模型。
結題摘要
本項目研究思路為：穩態模型→正弦波風速模型→脈動風模型→平均風模型→非穩態風量模型→非穩態風下室內溫度分析。 課題組先從穩態模型入手，對自然通風建築計算模型進行了理論分析和實驗驗證。 其次，由於階躍變化與正弦變化是研究動態特性時通常輸入的標準信號，因此課題組假定非穩態風為正弦波動風形式，基於通風與蓄熱的基本理論，結合數值分析及數值模擬方法，在正弦波動風速來流條件下對室內溫度場進行模擬和分析，得到了室內溫度衰減係數和延遲時間的變化規律，比較了恆定風與正弦波來流對室內溫度計算結果的差異。 而通過分析自然風特性可知，自然風由平均風和波動風組成，波動風具有隨時間和空間強烈變化的非線性隨機波動特性，它並不能由單一諧波函式來描述。因此，課題組根據諧波疊加法對脈動風速時程進行了模擬，結合風工程學中的風致內壓脈動研究方法，建立了主要脈動通風量模型；就平均風速的機率分布特性，提出了平均風速呈威布爾分布條件下的平均通風量模型。通過脈動通風量模型分析，可發現，脈動通風量與開口面積、房間體積、平均風速、湍流強度成一定函式關係。對隨機平均風速下的平均通風量模型分析可知，若平均風速和最大風速一定，服從威布爾分布的風速時程式列是存在多種情況的，但是各平均風速所占機率相同，總平均通風量是一定的。對於單側開口，總通風量為脈動通風量與平均通風量之和；小開口通風量主要由脈動通風量組成，大開口通風量由平均通風量和脈動通風量組成。通風量模型建立後，利用大渦數值模擬計算結果及其他計算模型結果進行了對比，分析可知本模型更為準確。 最後，對自然風進行了實測，基於實測數據分析了自然風的平均風特性和脈動風特性；採用諧波疊加法得到隨機脈動風速序列，採用雙參數的威布爾分布模型得到隨機平均風速序列；針對單側大開口/雙側大開口自然通風建築，以脈動風速序列和隨機平均風速序列分別作為遠處來流風速，得到非穩態自然通風建築室內溫度求解模型，根據該模型，分析了風速以及內外蓄熱體特性、內熱源及開口面積等因素對室內溫度衰減係數和延遲時間的影響。 研究首次提出了風向垂直於風口的非穩態來流下單側開口自然通風建築通風量計算方法，探討了變風速、開口面積、房間體積及湍流脈動等參數對通風量的影響，並基於該方法，提出了非穩態自然通風室內溫度求解模型，該模型可用於評估實踐工程中的自然通風建築內部熱環境，指導自然通風建築蓄熱設計。
