论文题目: 教学楼风环境和自然通风教室数值模拟研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 供热,供燃气,通风与空调工程
作者: 龚波
导师: 余南阳
关键词: 自然通风,数值模拟,计算流体力学,热舒适,风环境,教学楼,教室
文献来源: 西南交通大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着SARS侵袭后人们对健康通风的渴求与可持续化绿色建筑的提出,自然通风的优越性越来越受到高度重视。然而,对于高校这个自然通风应用最多的传统场所,教学楼风环境质量和自然通风教室内学生热舒适状况关注却不多。尤其对于成都地区高校,风速小、相对湿度大的气候特点使自然通风这种节能方式是否是以牺牲学生热舒适性为代价,成了教室自然通风设计时面临的尖锐问题。本文采用计算流体力学(CFD)方法,首先对成都某高校新校区教学楼周围风环境进行数值模拟分析,比较风向及教学楼间距对教学楼周围自然通风引入的影响。然后在其基础上进一步对自然通风教室室内温度场、速度场进行模拟,并利用国内外自然通风热舒适研究成果,结合成都地区气象特点建立的成都自然通风热舒适评价模型,对自然通风教室内学生热舒适性做出评价及比较分析。 通过本文的研究,得到如下结论: 1.针对成都相对湿度大的特点,利用补偿风速来改善相对湿度的影响是必要的。基于适应性标准并结合补偿风速建立的成都热舒适评价模型,可作为成都地区自然通风建筑热舒适评价的参考。其内容主要包括3部分:(1)当室内温度处于热舒适区下限温度和热舒适中性温度之间时,湿度对热舒适影响不大,室内温度满足人的热舒适;(2)当室内温度处于热舒适中性温度和热舒适区上限温度之间时,此时补偿风速仅改善高过70%相对湿度的影响;(3)当室内温度超过热舒适区上限温度时,补偿风速则不仅改善高过70%相对湿度的影响,而且改善高过热舒适区上限温度的影响。 2.风向投射角和教学楼间距的大小对下游教学楼自然通风的引入具有重要意义。风向投射角在17°、45°、67°变化时,随着风向投射角的增大上游教学楼迎风面风压系数降低,而下游教学楼的风压系数却得到明显的提高,有利于下游教学楼的自然通风。 3.7号教学楼“内庭院”式结构一方面在朝向主导风向侧底部架空,可以导风进入庭院对后排教学单元通风有利;另一方面能遮挡部分进入庭院的太阳辐射,对靠庭院侧外壁有隔热降温作用。 4.不考虑太阳辐射时,7号教学楼东北朝向标准层和顶层教室室内热舒适状况能被学生所接受。考虑太阳辐射时,东北朝向标准层和顶层教室室内
论文目录:
第1章 绪论
1.1 论文的研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 自然通风在工业与民用建筑中的应用
1.2.2 国内外自然通风研究现状
1.2.3 学校建筑自然通风的研究现状
1.3 论文研究的方法和内容
第2章 成都利用自然通风的潜力分析
2.1 成都地理、气候概况
2.2 成都利用自然通风的气候潜力分析
2.3 利用自然通风的建筑微环境分析
2.4 小结
第3章 成都自然通风热舒适评价模型
3.1 国内外自然通风热舒适研究综述
3.1.1 自然通风热舒适性的国内外现场调查
3.1.2 适应性模型及适应性标准的确定
3.1.3 气流速度对热舒适影响的研究
3.2 成都自然通风热舒适中性温度及热舒适区
3.2.1 成都自然通风中性温度
3.2.2 基于适应性模型的成都自然通风热舒适区
3.3 成都自然通风热舒适评价模型
3.3.1 补偿风速的提出及确定
3.3.2 成都气候特点对自然通风热舒适的影响
3.3.3 成都自然通风热舒适评价模型的建立
3.4 小结
第4章 数值模拟理论及计算方法验证
4.1 湍流流动与换热及其控制方程
4.1.1 湍流结构及机理
4.1.2 湍流的数值计算方法
4.1.3 k-ε两方程模型
4.1.4 壁面函数法
4.2 辐射模型
4.3 计算区域的离散化
4.4 控制方程的离散化
4.4.1 控制容积积分法
4.4.2 差分格式
4.4.3 利用控制容积法对离散模型方程的推导
4.5 代数方程组的求解
4.5.1 直接解法
4.5.2 迭代法
4.5.3 求解Navier-Stokes方程的压力修正法
4.6 模拟计算方法的可行性验证
4.7 小结
第5章 教学楼风环境数值模拟分析
5.1 数值模拟方法及边界条件确定
5.1.1 计算区域的确定及网格形式
5.1.2 紊流模型
5.1.3 边界条件的确定
5.1.4 求解方法
5.2 教学楼风环境模拟分析及比较
5.2.1 模拟工况和目的
5.2.2 NNE风向时教学楼风环境分析及比较
5.2.3 水平风向时教学楼风环境分析及比较
5.2.4 不同风向在教学楼迎风面产生的风压系数比较
5.3 7号教学楼建筑结构对自然通风组织的分析
5.3.1 7号教学楼建筑概况及特点
5.3.2 7号教学楼外流场模拟结果分析
5.4 小结
第6章 自然通风教室数值模拟分析
6.1 数值模拟方法及边界条件确定
6.1.1 研究教室确定及几何模型
6.1.2 数值计算模型网格
6.1.3 紊流模型及紊流参数确定
6.1.4 边界条件确定
6.2 自然通风教室数值模拟及热舒适评价
6.2.1 模拟工况确定及数值计算区的确定
6.2.2 不考虑太阳辐射时标准层和顶层教室热舒适性评价
6.2.3 考虑太阳辐射时标准层和顶层教室热舒适性评价
6.3 自然通风教室热舒适分析及比较
6.3.1 不考虑太阳辐射时标准层和顶层教室热舒适分析及比较
6.3.2 考虑太阳辐射时标准层和顶层教室热舒适分析及比较
6.4 改善自然通风教室热舒适的行为调节措施
6.4.1 行为调节对热舒适的意义
6.4.2 改善自然通风教室热舒适性的行为调节
6.5 小结
结论
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
发布时间: 2005-08-16
参考文献
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