具有自然通风功能的光导管系统通风效果CFD研究

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。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要物理量名称及符号表

声明

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

创新点

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢