自然通風(fēng)中流體力學(xué)問題

1、流體力學(xué)自然通風(fēng)P. F. Linden應(yīng)用力學(xué)的部門和工程科學(xué)，國立中央大學(xué)，圣地牙哥,9500 Gilman開車，拉喬拉、鈣 92093-0411。 電子郵件：關(guān)鍵詞：風(fēng)、堆棧，混合通風(fēng)、置換通風(fēng)，不分層摘要自然通風(fēng)建筑所產(chǎn)生的流程是溫度的差異和被風(fēng)吹動一樣。執(zhí)政的特征之間的交流室內(nèi)空間與外部環(huán)境。雖然風(fēng)可能經(jīng)常出現(xiàn)占統(tǒng)治地位的傳動機(jī)制、在許多情況下的溫度變化發(fā)揮控制的通風(fēng)自特征定向浮力的力量有很大關(guān)系對流動模式在空間的性質(zhì)與外界交流。有兩種形式的通風(fēng)：混討論通風(fēng)，大約是在內(nèi)部溫度均勻，和置換通風(fēng)，那里有影響力的內(nèi)部分層。這這些動力學(xué)被認(rèn)為是浮力流

2、的影響，風(fēng)在他們身上的探討。在這項工作的目的就是給設(shè)計師規(guī)則和直覺在大樓里的空氣移動，散發(fā)出迷人的研究分支流體力學(xué)。 1.介紹人類總是在尋找避難所。這樣做的目的已經(jīng)延長的可能性，生活和工作在惡劣或不適合居住的條件。隨著工業(yè)革命，不斷城市化已導(dǎo)致了數(shù)量增加的時間在室內(nèi)。建筑徒作為一個障礙與外 部環(huán)境，如何做一扇窗戶，透過它，在外面展望。室內(nèi)空間的質(zhì)量日益重要的作用環(huán)境，和現(xiàn)代設(shè)計者做富于想象力的使用玻璃和光線充足的空間，制造和有吸引力的內(nèi)部裝飾來使其具有親切感。這些現(xiàn)代設(shè)計經(jīng)常創(chuàng)造不尋常的狀況以便通風(fēng)：高，開放式空間大空間的太陽能所得的傳統(tǒng)“法則”沒有明顯通風(fēng)適用。 設(shè)計糟糕的自然通風(fēng)建筑是很不

3、舒服居住和工作在并導(dǎo)致生活質(zhì)量的下 降生產(chǎn)率和損失為了優(yōu)化內(nèi)部質(zhì)量方面來看更是安慰和溫度，人們已經(jīng)越來越走向用空氣調(diào)節(jié)在現(xiàn)代建筑。這有不良的能量的影響并導(dǎo)致高二氧化碳的排放。在一些城市，空調(diào)要求采取幾乎全部容量的電網(wǎng)。結(jié)果有了重新燃起的使用感興趣的自然通風(fēng)提供的一支高素質(zhì)的室內(nèi)環(huán)境，無論是商業(yè)建筑或工業(yè)建筑物，受到越來越嚴(yán)厲的對環(huán)境和健康法規(guī)對空氣質(zhì)量。自然通風(fēng)使用免費的資源的風(fēng)和熱由于能量的太陽能和意外加熱的建設(shè)。雖然這些資源都是免費的，他們是難以控制?，F(xiàn)在面臨的問題是如何提供必要之控管機(jī)制來開發(fā)所需的室 內(nèi)空氣質(zhì)量的措施。要做到這一點，我們必須了解的物理通風(fēng)主要因素控制室內(nèi)空氣品質(zhì)，在空氣

4、的流動負(fù)責(zé)運送兩熱量和污染物排放總量和建筑肌 理，哪個輻射溫度影響感知效果和熱交流與空氣。這兩個，空氣的流動也不理解的基礎(chǔ)上，給出了最大的挑戰(zhàn)，流體動力學(xué)。本文綜述了道氣流所產(chǎn)生的熱和風(fēng)駕駛，一些建筑物內(nèi)的言論在結(jié)束聯(lián)系有關(guān)性能的建設(shè)織物。一般來說，即使在較為寒冷的氣候區(qū)，建筑物，特別是現(xiàn)代的建設(shè)，太熱?；顒釉趦杉液蜕虡I(yè) 與工業(yè)建筑的單體使用大量的能量；只是熬號碼電子設(shè)備，你對預(yù)備！現(xiàn)代建筑都緊緊采用低漏電流的比例從材料，提供高熱絕緣材料。通風(fēng)的設(shè)計準(zhǔn)則是基于需要拆卸這多余的熱量（和污染物，而不是提供足夠的空氣呼吸。一個人需要7.5公升呼吸/秒，而典型的空氣需要改變熱舒適要求至少10次這個金額

5、設(shè)計師所面臨的挑戰(zhàn)是復(fù)雜的，且需要了解通風(fēng)原則外的其他方面的技巧建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計師需要在一個容易理解表格，以便告知就應(yīng)該做出決定在設(shè)計階段的建筑，無論是新的建筑或現(xiàn)場調(diào)試。在這個過程中，提出了提高很多 Annu o 1999.31:201-238版流體機(jī)械。下載從中國科學(xué)院的 03/06/08圖書館。僅供個人使用。自然通風(fēng) 203有趣的是，沒有回答問題 dynamicist流體。在本文中，我描述其中的一些問題的方式和他們已經(jīng)提到的條款的流體力學(xué)的參與通風(fēng)本質(zhì)上是一種空氣的流動的內(nèi)在與外在之間建筑。這種能量流的排風(fēng)口，是通過傳統(tǒng)的窗戶，但

6、是日益突出通過故意設(shè)計、控制開口不一定使用之物介紹光。這些通風(fēng)口通常 道銳利的孔和姿勢少問題本身，而是要小心謹(jǐn)慎，在某些情況下，例如當(dāng)空氣流動，都通過一個單一的排氣口（見第4）。主要的問題是關(guān)于建筑內(nèi)氣流模式。這可能是一個單一的空間，但通常是一個互聯(lián)重復(fù)空格了通風(fēng)口連接（通常門口）。作為開始，這是最簡單的是要考慮的氣流在一個單一的空間，而且大多數(shù)的工作迄今為止方面的通風(fēng)。這種方法是合理的，因為了解單一的空間是多連通至關(guān)重要的空間，但與我們一樣將會看到，后者提高有趣的新問題，需要進(jìn)一步研究嗎在earlywork的自然通風(fēng)集中在風(fēng)力名流動，廣泛地研究了并且仍然是在風(fēng)洞。模型的建筑放置的地方在一個氣

7、流和壓力分布在大樓周圍進(jìn)行了實驗研究為各種各樣的方向的事件 風(fēng)。確定壓力系數(shù)這是flowthrough通風(fēng)口，是用來確定在不同的地點英足總的凱德 ？。結(jié)果不是直接應(yīng)用從風(fēng)洞試驗全面建設(shè)，給出了，還是實證的價值觀所處位置的不同在建筑物（Dascalaki和Santamouris 1996）。從這些資料中，流動速率通過建筑與風(fēng)速。很少有考慮的流 量模式在建筑或者力學(xué)的流動由于過熱所帶來的問題，最近的興趣開始關(guān)注被溫差在流動。，這被想象“壞的情況下，但在自身條件熱，象火苗通風(fēng)的日子被浮力的力量。然而 ，“最壞情況的考慮的地方非常大的 要求設(shè)計，可能不是必要的一個高效、自然通風(fēng)建筑。例如 ，如果“最壞

8、情況的情況只是發(fā)生 每年幾次，然后只有部分時間，這可能是經(jīng)濟(jì)上的支持有利于接受很小的損失，可用時間或一段在更少的可接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量，而不是付給能源成本之機(jī)械或空調(diào)系統(tǒng)的今年年底。即 使機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)使用的設(shè)計基準(zhǔn)條件在維持舒適的比例只有一年.因此有必要考慮的組合的風(fēng)和浮力。甚至如果一個空間，流誘導(dǎo)可以非常復(fù)雜的、模型Annu。1999.31:201-238 版流體機(jī)械。下載從 中國科學(xué)院的 03/06/08圖書館。僅供個人使用。204林登只有現(xiàn)在已逐漸公式來計算他們。因為多連通空間，沒有全面型或性能的可能流向遇到了（見第8.2節(jié)）。這篇

9、綜述的格式是這樣的。接下來的兩部分將討論風(fēng)力和浮力通風(fēng)。單面通風(fēng)將放在第四節(jié),有些在stack-driven因風(fēng)力影響流將被討論。更一般的綜合效應(yīng)考慮堆棧和一陣風(fēng)將在 第五部分了。利用計算流體動力學(xué)第6條中所描述的，有些non-Boussinesq相關(guān)的影響通風(fēng)系統(tǒng)的火災(zāi)是第7節(jié)中討論。最后，第8來形容一些懸而未決的有關(guān)問題的影響復(fù)雜的影響，如建筑構(gòu)造、多連通空間，非穩(wěn)態(tài)流等問題關(guān)于熱源。2.風(fēng)力通風(fēng)風(fēng)的作用下于建筑上充斥著大廈的形狀附近其他的建筑。從廣義上來講，比較高的壓力迎風(fēng)一方的建設(shè)和靜止冷鋒位于迎風(fēng)坡時減少和在房頂上所以會開流至迎風(fēng)排放到的建筑 物當(dāng)發(fā)發(fā)牢騷。因此，注意力被集中在如何將

10、這些壓力不同的差異建筑形象，風(fēng)向，和在場的附近建筑。因為分離的一個重要因素是風(fēng)向確定在大樓里，尤其是下游的迎風(fēng)面，最多建筑的棱角，風(fēng)速扮演只是其中的一小部分在決定在大樓里flowpattern的空氣，這是由粘動力學(xué)。這個獨立的當(dāng)然是雷諾數(shù)下，為什么模型是如此成功.很多前期工作的相互關(guān)系，建筑的風(fēng)涉及氣動載荷 （歐文，1971年。全面測量城市風(fēng)條件（埃文斯和李1981年，庫克張秀珍1974）顯示修改由于附近的建筑 free-stream 速度非常復(fù)雜，到目前 為止，還不能一般理論已經(jīng)開發(fā)出來，回答這個問題。試驗測量（侯賽因和李1980）表明，該流進(jìn)來有規(guī)律的數(shù)組范圍盒子間距取決于性能在障礙物的數(shù)

11、組。因此，通常是由被追索試驗的測量，以確定風(fēng)壓系數(shù)尤為顯著地點建筑的興趣。周圍的建筑都包含在我們的風(fēng)洞模型，人們普遍認(rèn)為，只要風(fēng)洞實驗研究滿足一定的要求，圖案的流程、分布風(fēng)在適當(dāng)?shù)乃俣扰滥Ｐ秃?，因此分布?guī)律Annu。1999.31:201-238 版流體機(jī)械。 下載從 中國科學(xué)院的03/06/08圖書館。僅供個人使用。自然通風(fēng) 205風(fēng)壓力的影響，外表面與模型一個完完全全的建 筑。準(zhǔn)確的要求下建模那流速剖面的氣流行動一致并且代表大氣邊界層結(jié)構(gòu)流過地形與現(xiàn)場推 行思考和空間分布上的動蕩的風(fēng)洞實驗研究應(yīng)該類似在全面與相應(yīng)的減少的尺寸嗎小規(guī)模的

12、旋 渦的數(shù)值模型。通常，模型是：規(guī)模，和各種各樣的其他裝置是用來旅行邊界層和提供的所需的垂直剖面和湍流結(jié)構(gòu)。這些包括使用雙平面網(wǎng)格生成湍流和各種實證用途的粗糙度和籬笆上游 的模型。壓力于襁褓掠過水面建筑和壓力的P1勺表面上測量建筑參考壓力有關(guān)計量為在風(fēng)洞嗎固定位置好上游的模型。壓力系數(shù)為Cp = P Pref被定義為p = 0.5p qpu2；在？都是空氣的密度。通常的模型是位于一個旋轉(zhuǎn)的平臺，使不同的風(fēng)向壓力系數(shù)進(jìn)行測試在確定全方位的風(fēng)的方向。用鋒利的建筑物邊緣，在風(fēng)分離，此信息可以用來計算出壓力分布在全面完整的范圍風(fēng)的速度 和方向。這個信息然后被用來計算任意壓力變化開設(shè)、流駕車駛過開業(yè)根據(jù)

13、i一 P |2Q=ACd 2（2）! p在開放的面積是所示，主機(jī)是壓力降穿過開放，流量系數(shù)和CD是有關(guān)開局（見第4）。建筑物的存在中出現(xiàn)的波動加強(qiáng)動蕩空氣流動而渦旋學(xué)組Britter拉伸過程（1979年）。這個過程是甚至更復(fù)雜的建筑群體中，有可能不穩(wěn)定的影響在醒來建筑互動進(jìn)一步下游。然而，似乎沒有系統(tǒng)研究這些動蕩影響風(fēng)力流，甚至可能的估計為他們的時間影響通風(fēng)。一個例外是威爾遜的工作 和您討論（1990），第四節(jié)。3. STACK-DRIVEN 通風(fēng)之間的溫差內(nèi)部與外部的大廈，之間不同的空間產(chǎn)生浮力大樓里的主導(dǎo)力量流動。與此相對 照的純粹的風(fēng)力情況下，存在這些浮力力量導(dǎo)致內(nèi)溫度變化。這個分層可能

14、會導(dǎo)致完全不同的流 量的配置。自然傾向于熱空氣上升和積累向上方導(dǎo)致了空間的穩(wěn)定分層，這有很大關(guān)系對流動模式在空間。其決定因素的形式，垂直分層的地點洞孔內(nèi)。如果空氣在空間是溫暖的比環(huán)境，然后一個單一的開放空間的頂部（圖1a）將允許交換熱空氣向外，清涼的空氣里面。進(jìn)來的清涼的空氣會下作為一 個狂暴的羽毛，就有可能組合中的空氣空間。這種類型的通風(fēng)被稱為混合通風(fēng)其特點是相對統(tǒng)一 的室內(nèi)溫度分布。如果已經(jīng)有單一開放位于下方的空間，都會有的瞬態(tài)交換到冷卻了進(jìn)入室內(nèi)的空氣占深度的頂部后，開放的進(jìn)一步通風(fēng)停止。這不是，一般情況下，通風(fēng)的一個有效途徑。如果兩個通風(fēng)口打開，一個靠近空間的頂端，第二靠近空間的底部（

15、圖磅）,溫暖的空氣流動從上 開放和涼快的空氣進(jìn)入較低的開放。一個穩(wěn)定的密度界面(a)(b)圖i混合圖通風(fēng)置換通風(fēng)溫暖,之間形成上層和冷卻、進(jìn)入室內(nèi)的空氣。此表格通風(fēng)被稱為置換通風(fēng)。特征是，對比通風(fēng)、混合大溫度變化在空間。同樣的溫差、噴口區(qū)域、位移通風(fēng)會導(dǎo)致更多的快速通氣比混合通 風(fēng)。后者的結(jié)果將是例子流動形態(tài)的重要性的效率通風(fēng)系統(tǒng)。3.1中性的水平看看情況如圖2所示,在探討pamb外部密度常數(shù)和內(nèi)部密度空間的Ps(Z)。在缺乏運動，壓力流體靜力學(xué)，迪拜dp = gp睡不著覺的g。當(dāng)內(nèi)部熱多了外表探討了Ps < Pamb，壓力梯度的空間dz內(nèi)是小于環(huán)境和代表的地方schematically

16、如圖所示，環(huán)境壓力是 p0 at Z =0、pH at Z = H酸堿度等在這。并在z D H .讓0 < z1 < H值的嗎空間內(nèi)的壓力，環(huán)境壓力相等的高度。高等內(nèi)部的壓力上 打開驅(qū)動外移、較低的內(nèi)部在較低的壓力驅(qū)動開放資本流入。因此，中性的水平定義了高度，將上下開口了 ：空氣流動通過開口在中性的水平(上部開口)，在從空穴中性. I a> qpressure圖2壓力分布、中性的水平3.2實驗室模擬與風(fēng)力通風(fēng)很難進(jìn)行 stackdriven的研究因為規(guī)模小通風(fēng)的重要性日益增加的粘性低雷諾數(shù)影響的結(jié)論。因此，最直接研究已經(jīng)進(jìn)行了在幾乎全部量表(Lane-Serff 1989),

17、到目前為止，被限制在一個流動space-sometimes部分分開。為了克服這一問題，該組織在劍橋開發(fā)的產(chǎn)品小型建模方法采用水作為工作介質(zhì)(菩提等人1990年，貝克和林登1991)。生產(chǎn)浮力力量鹽度內(nèi)在的差異液體里。最力的浮力方便根據(jù)一項描述 .、.一一， / 、 縮短重力g定義為， p Tg =g g 丁p tpT加速m重力和 n 嗎分形變化是 一密度由溫差模式不，在t是以開爾文。無量綱參數(shù) UHUH的關(guān)懷是雷諾數(shù)是 Re = UH嗯數(shù)量和Pe= U 體育Dk呃，那里是運動粘度，分子擴(kuò)散系數(shù),H是一個典型的垂直規(guī)模。i1 (nH喜 H驅(qū)使的流量而言，其速度縮短重力g期.(gH)2你天平，等于2等.g0H是Re= (g H) H雙 v1手。和體育Pe = (g H)2H雙手。小規(guī)模實驗減少至少有 10倍,，利用空氣作為工作介質(zhì)、雷 k諾和Pecle儡號降低至少30倍全面的價值觀。鹽度工作在水里允許