具有自然通风功能的光导管系统通风效果CFD研究

论文摘要

光导管系统将自然采光与自然通风技术相结合,在实现建筑物绿色照明的同时实现了建筑物自然通风,可以有效降低地下建筑或背阴面建筑的照明与通风能耗,达到了建筑节能的目的。本文设计的光导管系统由两个同轴管道组成,内管为光通道,其内壁贴有高反射率膜,利用全反射可将自然光线导入室内,外管和内管之间的环形通道为通风管道,利用热压和风压可以将室内空气导出室外。本文通过数值模拟的方法,分析光导管系统的自然通风效果的影响因素,为此技术的实际应用提供设计依据。通过对影响光导管系统通风效果的因素分析发现,H型风帽是最佳的排风口形式;当通风管道长度与间距之比在41.67时的通风量最小,在实际设计中应避免此极值点;光导管系统通风量随着光导管直径的增大而增大。将最佳结构的光导管系统用于地下建筑,在热压单独作用下,分析了进气口面积、高度及热源高度对自然通风的影响,结论表明:进出气口面积比应不大于1.13,此时可以在不减少通风量的情况下有效减少门窗的建设成本;进气口应尽量布置在房间的底部与热源高度之间,既可以改善室内空气品质又起到节能的效果;热源高度对室内温度分布有很明显的影响,热源较高时,温度效率较高。在背阴面房间中,通过分热压和风压共同作用进行混合通风,通过分析影响房间通风效果的因素发现,室外风速较大时,风压对自然通风起主要作用。由于房间不同位置处风压系数不同,导致进气口布置在迎风面和背风面时的通风效果不同,在夏季通风设计中进气口应布置在房间迎风面的底部或中上部,此时能使通风量达到最大。在冬季通风设计中,应把进气口布置在背风面,并尽可能布置在墙壁较高的位置,以减小室内热量通过通风管向室外散失。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要物理量名称及符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外关于自然通风的研究现状
• 1.3 具有自然通风功能的光导管的研究现状
• 1.4 目前自然通分及光导管系统研究的问题
• 1.5 本课题的研究内容
• 第2章 自然通风的基本原理
• 2.1 自然通风的作用与特点
• 2.2 自然通风的理论计算
• 2.2.1 热压驱动的自然通风
• 2.2.2 风压驱动的自然通风
• 2.2.3 风压与热压共同驱动的自然通风
• 2.3 特征参数分析
• 2.3.1 热分层高度
• 2.3.2 换气次数
• 2.3.3 温度效率
• 2.4 自然通风的分析方法
• 2.4.1 风洞模型实验法
• 2.4.2 示踪气体测量法
• 2.4.3 热浮力实验模型技术
• 2.4.4 CFD数值模拟法
• 2.5 小结
• 第3章 光导管系统的设计及CFD建模
• 3.1 光导管系统的设计
• 3.2 CFD数值方法的确定
• 3.2.1 紊流数学模型及控制方程
• 3.2.2 Fluent软件的介绍
• 3.3 CFD数值模拟方法准确性的验证
• 3.3.1 光导管系统自然通风理论分析
• 3.3.2 数值模型的建立
• 3.3.3 理论分析及模拟结果对比
• 3.3.4 模拟结果与文献的对比
• 3.4 小结
• 第4章 光导管结构的优化设计
• 4.1 数值计算模型的建立
• 4.2 光导管结构的确定
• 4.2.1 风帽结构对自然通风的影响
• 4.2.2 通风管道的长度和管道间距对自然通风的影响
• 4.2.3 光导管直径对自然通风的影响
• 4.3 小结
• 第5章 热压作用下自然通风效果研究
• 5.1 数值模型的建立及工况说明
• 5.1.1 热源高度为0m时数值工况说明
• 5.1.2 热源高度为1m时数值工况说明
• 5.2 通风效果分析
• 5.2.1 热源高度为0m时，各参数对热压通风的影响
• 5.2.2 热源高度为1m时，各参数对热压通风的影响
• 5.2.3 热源高度对热压通风的影响
• 5.3 小结
• 第6章 风压热压混合作用下自然通风效果研究
• 6.1 数值模型的建立及工况说明
• 6.1.1 数值计算模型的建立
• 6.1.2 数值计算工况说明
• 6.2 通风效果分析
• 6.2.1 室外风速对混合通风的影响
• 6.2.2 进气口位置对混合通风的影响
• 6.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢