太阳能烟囱辅助教室自然通风的研究

摘要

教室是一个特殊的室内环境，是学生学习和生活的主要场所，教室内空气质量直接影响学生的身心健康和学习效率。本论文针对北京地区中小学教室夏季通风状况较差的现状，提出通过太阳能烟囱的抽吸作用促进教室自然通风方法。以北京地区的典型教室的状况为例，通过实验测量、理论分析、数值模拟计算证明了该技术方法的可行性，并寻求有效改善教室夏季通风状况的最佳烟囱结构。 根据教学楼太阳能烟囱的特征，建立了太阳能烟囱的物理模型。对此模型运用CFD模拟软件FLUENT，选用精确度较高的，带有浮力修正的k-ε湍流模型，并且采用标准的壁面函数算法，计算了温度场和流场。通过实验测试，验证了模型选择和计算方法的可靠性。在此基础上，对北京地区典型的四层及五层教学楼太阳能烟囱进行数值模拟计算。在数值计算过程中，不断细化网格，直到数值解几乎不再发生变化，得到与网格独立无关的解。对大量的数值计算结果进行总结，并对太阳能烟囱的结构优化设计提出了建议。推导出了进出口环境不同的太阳能烟囱的风量简便计算公式，并通过CFD计算进行了验证，为太阳能烟囱的设计提供了手段。 模拟结果表明，每层教室单独设置太阳能烟囱，能够实现最大通风量的最佳烟囱尺寸为：烟囱高度为4m，烟囱宽度为0.5m，风口高度为0.5m；四层、五层教学楼多层教室共用一个烟囱时，烟囱需高出屋面≥5m时，烟囱内产生的自然通风量可以满足顶层教室的通风要求，其它各层教室的通风量皆能满足教室新风量要求。并由此得出结论，对于多层教学楼，多层教室共用一个烟囱时，每间教室产生的通风量基本满足通风量的需求，各层的通风量需调节风口实现平衡。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1教室自然通风的现状

1.2自然通风

1.3太刚能辅助自然通风

1.3.1太阳能烟囱的自然通风

1.3.2双层玻璃幕墙的自然通风

1.3.3太阳能吸热壁的自然通风

1.4湍流模型数值模拟计算方法

1.4.1湍流概论

1.4.2湍流的数值模拟方法

1.4.3微分方程的离散

1.4.4 Airpak软件介绍

1.5本课题的研究背景及课题的提出

2教室自然通风的理论分析

2.1风压作用下的自然通风

2.1.1风压的计算

2.1.2风压作用下自然通风量的计算

2.2热压作用下的自然通风

2.2.1热压的计算

2.2.2热压作用下自然通风量的计算

2.3热压和风压共同作用下的自然通风

2.3.1风压与热压共同作用分析

2.3.2风压与热压共同作用的通风量计算

3教室太阳能烟囱的理论分析与数值计算模型

3.1教室太阳能烟囱的结构

3.2教室太阳能烟囱的原理分析

3.2.1太阳能烟囱内的温度和风量计算

3.2.3太阳辐射强度的计算

4太刚能烟囱研究方案的实验验证

4.1太阳能烟囱的实验研究

4.1.1实验方案及实验模型

4.1.2实验测试

4.1.3实验步骤

4.1.4实验数据分析

4.2太阳能烟囱实验模型的理论计算

4.2.1实验模型的理论计算

4.2.2实验模型的理论计算结果

4.3太阳能烟囱实验模型的数值模拟计算

4.4太阳能烟囱研究方法的验证比较

5教室太阳能烟囱的数值模拟计算

5.1单层太阳能烟囱的数值计算

5.2四层教学楼太阳能烟囱的数值计算

5.3五层教学楼太阳能烟囱的数值计算

5.4本章结论

6结论

参考文献

附录

在学研究成果

致谢