099-建筑背风侧风压自然通风瞬态特性研究.pdfVIP

筑背风侧风压自然通风瞬态特性研究 武汉大学动力与机械学院 仲怀玉 赵福云 摘 要：当前，由于人口密度越来越大，建筑内房间的密度也不断增大，这就导致越来越多 的办公及民居建筑只能在房间的一侧安装门窗，由于我国大部分地区主导风向呈四季周期性 变化，这些建筑的门窗会在相当长的一段时间内处于背风面。因此，如何使单侧背风面自然 通风获得良好的通风 果成为了值得深究的问题。本文主要对一种新发现的风压自然通风驱 动机制——涡流脱落进行了深入探究。这种机制下，空气会在背风面的两个窗户之间周期性 地改变进出口方向，从而使室内获得一定程度的通风效果。本文以只有背风面有两个相同开 口的单层建筑为模型，探究开口距离、来流速度这两个因素对通风率和气流频率的影响。本 文使用二维稳态RANS 方法对建筑室内外的流场进行CFD 数值模拟，并通过标准 − 两方程 模型提供封闭。数值模拟结果表明，当风速较低时，气流频率随着风速的增大而逐渐增大； 当风速较大时，增大风速，气流频率基本保持不变。开口距离的减小会使得通风率减小，然 而气流频率却基本不随开口距离的变化而变化。 前的数值模拟结果将会通过PIV 水箱实验 进行验证。该研究结果将对当今建筑通风现状的改善有指导意义。 关键词：风压通风 单侧开口 涡流脱落 数值模拟 0 引言 [1] 自然通风是一种节能环保的通风方式，同时能够提供较好的室内热环境和空气质量 。 根据驱动机制的不同， 然通风可以分为风压通风和热压通风。本文中，风压占主导作用， 因此只考虑风压通风。 根据开口布置的不同，风压通风又可以分为贯流通风和单侧通风。由于能保证较大的通 [2-8] 风率，贯流通风被广泛地研究 。然而，现代城市高层建筑密集，又出于安全和隐私角度 考虑，贯流通风的设 较难实现。因此，很多情况下，单侧通风设 尽管通风效率较低，但 [9] 也成为了一种可接受的选择 。单侧通风可以分为单开口通风 （SS1）和多开口通风 （SSn）。 [10-13] 不少学者已经对SS1 进行了研究 。这些研究或是通过理论模型预测，或是通过实验测量 来探究单侧通风的通风率。而另一方面，单侧多开口通风（SSn）并没有被很好地研究。Daish 等人研究了同一个建筑立面上有两个通风口的2层和4层建筑并得出了 算其通风率的公式 [14] 并发现了一种新的通风机制——涡流脱落引起的“泵式流动” 。指的是当两个通风口在建 筑的背风面时，气流通过两个通风口以一定的频率来回振荡。然而，该研究只探讨了开口距 离对上述通风概况通风率的影响，气流振荡频率和通风率所受来流风速以及开口距离的影响 没有被定量地探讨。 本研究旨在探讨来流风速、开口距离以及建筑变长比对背风面有两开口的单侧通风的流 场的影响，并同时定性和定量地分 气流振荡频率和通风率的变化规律 1 物理模型及计算参数设置 1.1 几何模型和计算域 由于立方体建筑模型在竖直方向上较其他方向尺度足够大，流场在竖直方向上变化不大， 因此建筑周围的流场符合二维假设，于是可对流场进行二维模拟。二维建筑模型的尺寸为 12.5 m 5.0 m,计算域的尺寸为65.0 m 42.5 m ，分别如图1 （a ）和图1 （b ）所示。对于所 有的来流风速，背风面只有两个通风口是打开的，且共有四种不同的组合：S1 和S8，S2 和 S7，S3 和S6，S4 和S5。 假设空气流动是稳态，等温不可压缩的湍流流动。 （a）二维 筑模型（b）计算域 图1 筑模型和计算域 1.2 控制方程 根据前面的假设，对于牛顿流体，RANS 方程可表达如下： 连续性方程： = 0 （1） 动量方程： = − + ( ( + )) （2 ）