非稳态风边界条件下的自然通风机理及效率

研究动态自然风风向情况下的自然通风效果,对自然风基础数据进行长期实测,并分析自然风风向动态变化的特征。设计风向动态变化的风洞试验及CFD数值模拟分析,对非稳态自然风条件下的自然通风进行定量化研究,并定性解释不同建筑条件下的非稳态自然通风机理。结果表明:自然风风向在主导风向两侧±45°范围内随机振动,客观动态变化的自然风相对于假定的稳态自然风而言,打破了通风短路的情况,根据建筑条件不同,通风效果提高10%～50%。     

Weibull统计特性风速条件下的自然通风实验

采用双参数Weibull统计模型对室外逐秒风速进行了拟合,结合频谱特性分析对实测自然风的典型性进行验证,并考虑到风向对通风效果的影响定义了风向因子参数。通过实际自然风条件下模型比例为1∶10的通风实验,对尺寸因子、形状因子及风向因子等自然风特性参数对自然通风效果的影响进行了研究,并建立了相应的影响模型。研究结果表明:逐秒自然风风速统计分布服从双参数Weibull统计模型;实际自然风条件下,通风效果随Weibull分布的尺寸因子及风向因子的增加而加强,随形状因子的增加而减弱。     

公路隧道竖井一集热棚一烟囱三段式自然通风节能模型及应用

为了降低公路隧道通风费用,实现隧道运营节能,自然风的利用是隧道通风发展的方向。但是由于自然风向随机,并且不能准确确定风量大小,隧道自然风的有效利用率低。为了加强公路隧道竖井自然通风的效果,控制竖井口自然风风向,实现隧道通风节能,设计了一种竖井-集热棚-烟囱的三段式自然风增强模型。利用数值模拟的方法,分析太阳能烟囱不同温度下,太阳能烟囱内部不同位置的温度、压力和风速分布情况,从而确定自然风向。结果表明：在太阳能烟囱的不同温度下,设计的三段式太阳能烟囱的通风量与集热棚-烟囱的温度差呈线性相关,并且环境温度越高,线性相关性越强。在环境温度低于15℃时,太阳能烟囱的风向保持向上,起到抽吸的作用。根据该模型的设计思想,陕西省雷家坡一号隧道建成了太阳能烟囱自然风通风系统,观测数据表明该通风系统可以补充隧道机械动力通风,为黄土高原及类似地形地区公路隧道的自然风利用提供借鉴意义。     

空气载能辐射空调混合通风协同运行研究

基于空气载能辐射空调房间内的稳态关闭门窗、非稳态开门及非稳态开窗3种工况的试验测量,分别建立3种工况的CFD(Computational Fluid Dynamics)模型,研究稳态和非稳态工况下空气载能辐射空调的热舒适性和结露特性.基于对非稳态开门窗工况的热力学分析,提出由温度协同方程、含湿量协同方程、PMV(Predicted Mean Vote)协同方程和空调能耗协同方程表示的混合通风协同运行模型.经过试验验证的CFD模型模拟结果显示,空气载能辐射空调在稳态和非稳态工况下室内人体头部与脚踝平面的垂直温差小于0.6℃,人体活动区域内的空气速度约为0.1m/s,稳态和非稳态工况中辐射孔板下表面分别存在厚度约为12cm和6～8cm的具有良好防结露效果的低温近壁边界区.将空气载能辐射空调开门窗工况试验结果应用于混合通风协同运行模型,分析了空调送风量和门窗开度对PMV和空调能耗的协同影响,提出了混合通风协同评价系数,得到不同门窗开度对应的最优空调送风档位设置建议.     

热压自然通风房间的瞬态污染状况分析

热压自然通风向稳态发展的过程中室内空气污染状况必然会不断变化.在热压自然通风瞬态模型的基础上,给出了自然通风的污染物输送模型,理论分析了典型条件下通风房间内污染物浓度的瞬变过程,讨论了主要因素对室内瞬态污染物浓度的影响.研究表明,室内热空气层的污染物浓度和原有冷空气层的污染物浓度均是先升高后降低,且前者的最高值大于后者.增大热源浮升力通量或有效通风面积、减小房间面积或房间高度均可以加速室内污染物浓度的变化,但是增大热源浮升力通量或减小房间面积对污染物浓度的峰值没有影响,而增大有效通风面积或减小房间高度却会使污染物浓度峰值升高.     

基于CFD的室内自然通风及热舒适性的模拟

自然通风条件下室内空气流动及其对热舒适性的影响是住宅设计的重要因素．基于计算流体力学方法,应用Fluent软件,开展了自然通风热舒适性的研究．建立了天津某小区高层住宅建筑中两种户型的计算模型,对夏季典型气候下室内自然通风情况进行了模拟分析探讨了风向、风速和气温对室内自然通风的速度场和热舒适指数的影响．得出了A型房间的通风效果要优于B型房间的结论．利用数值方法对住宅的自然通风进行模拟,不仅可以评价房间的自然通风效果,而且对于住宅户型的设计具有重要的参考价值．     

太阳能烟囱强化自然通风的研究现状

 自然通风是一种节能的被动式通风冷却技术,其原理是在由温差引起的热压或风压的作用下驱动室内空间的空气自然流动,与机械通风相比,自然通风具有显著的节能优点。太阳能烟囱利用太阳辐射加热烟囱通道内的空气,提高温差,从而强化自然通风。本研究介绍了太阳能集热墙体(Trombe)式和倾斜集热板屋顶式两种典型太阳能烟囱的结构及其强化自然通风的基本原理。详细讨论了影响太阳能烟囱通风性能的主要因素,并介绍国内外学者对太阳能烟囱的主要研究方法和相关研究成果。太阳能烟囱的高度和深度(玻璃盖板与集热墙的间距)影响烟囱内空气的温升以及空气的自然对流的流动特点,从而影响了太阳能烟囱的自然通风流量。空气流量随着烟囱深度的增加而增加,但烟囱深度超过一定值后空气流量不增反减。当烟囱的深高比超过2.5后,烟囱出口端会出现逆流,从而抑制了通风量的增加。集热墙的结构以及倾斜角度对太阳能烟囱自然通风效果的影响与地理位置和气候条件等因素有关。研究太阳能烟囱自然通风的理论方法包括基于能量平衡分析的模型和基于计算流体力学的数值模拟。分析了太阳能烟囱自然通风研究中需要改进的问题。     

复合置换通风的非稳态流动

以两开口单区建筑为研究对象,采用理论分析方法,推导出风机与热压共同驱动的复合置换通风的非稳态数学模型。研究了机械风量、两开口面积比和无量纲特征时间对室内热分层高度和自然通风量的影响。研究结果表明:在复合置换通风中,增大机械风量使热分层高度增大而自然通风量减小。无量纲特征时间增大,使热压主导通风模式存在所对应的机械风量的上限值减小。对于机械送风,开口面积比增大引起热分层高度和自然通风量随机械风量的变化率增加,热压主导模式存在所对应的机械风量的上限值增大,而对于机械排风,情况相反。当两开口面积相等时,采用机械送风和机械排风的效果是一样的。     

非稳态条件下轮胎侧偏特性理论,试验与仿真

从理论,试验和仿真３个方面对非稳态条件下轮胎侧偏特性进行了分析与综合,以印迹的侧向和纵向“入口／附着”条件为突破口,基于稳态条件下轮胎侧偏特性理论模型,建立了考虑胎体复杂变形的轮胎非稳态侧偏物性理论模型,利用低速平板式轮胎力特性试验台,设计并实现了两种非稳态侧偏试验,得到了空间域和频域内试验数据,进而辨识出模型中的４个结构参数,根据理论模型的妆始积分表达式,导出了非稳态条件下轮胎在空间域内的仿真算     

节能立面开口设计的综合模拟方法

针对建筑外立面开口形式设计的分析需要,探讨了适合方案阶段建筑围护结构优化的采光、传热及自然通风综合分析方法.通过采用设计案例分析的方法,对现有采光及自然通风模型的模拟性能(精度、速度、建模难度)进行了比较.结果表明,采光系数模型以及空气流动网络模型比较适合于方案阶段的采光及自然通风综合分析;在反映开口设计形式变化的影响规律方面,相比目前应用广泛的Radiance采光模型以及CFD(computational fluid dynamics)软件通风模型,Energyplus模型计算的采光量、通风量及能耗误差均在10%以内.此外,在利用空气流动网络模型进行自然通风计算时,需要采用非均匀风压系数边界条件以准确反映开口位置变化的影响.     

不同风场下开、闭鞍型屋盖脉动风压特性分析

在B类和D类风场条件下,对底部开敞和封闭的鞍型索网屋盖刚性模型进行了风洞测压试验.根据同步测量的风压数据,分析了不同风场条件下这两类鞍型索网屋盖上的脉动风压的分布规律及相互关系;通过对开敞和封闭的鞍型屋盖表面脉动风压功率谱及风压时程的对比分析,考察底部开敞对鞍型屋盖脉动风压分布特性的影响规律.风场对脉动风压系数分布有较大影响;脉动风压的分布类似于平均风压场的分布规律;底部封闭鞍型索网屋盖的脉动风压能量主要集中在折减频率小于0.3范围内,而底部开敞鞍型屋盖脉动风压的高频段能量高于底部封闭情况.     

肋环型单层曲板网壳结构的风振响应及等效静风荷载

分析了肋环型单层曲板网壳结构的风荷载和风振响应,并对采用不同方法计算结构等效静风荷载的精度进行了比较.风洞试验结果表明:肋环型单层曲板网壳结构屋面主要受负风压作用;但在90°风向角下,由于体育馆受前方入口建筑的影响,屋盖边缘局部出现正风压.风振响应分析结果表明:有多阶振型参与结构的风致振动,高阶模态影响不可忽略;为保证结构表面所有节点位移准确,结构的模态耦合项不能忽略.但如果只保证较大位移处的准确性,忽略模态耦合项的SRSS方法也是可取的.利用LRC惯性力法和改进LRC方法计算肋环型单层曲板网壳结构的等效静风荷载,可以保证所有风向角下节点的最大位移等效,但不能保证所有节点的位移等效.     

山区峡谷桥址处风场实测与数值模拟研究

为准确模拟山区峡谷桥址处的三维紊流风场,以澧水大桥所在峡谷为工程背景,将现场实测风场用谐波合成法进行等效处理生成了满足峡谷风场特性的随机来流,然后基于对Fluent的二次开发,将生成的随机来流赋予大涡模拟的入口边界.通过对比本文方法和无脉动入口计算结果发现,本文方法更能体现山区峡谷风场的真实流态,最后在本文方法基础上对不同风向角作用下的山区峡谷桥址处风场进行了数值模拟,得到了峡谷桥址处风场的详细分布特性,可为山区峡谷地形紊流场精细化数值模拟提供参考.     

风-雨共同作用特大型冷却塔表面风荷载与作用机理

强风暴雨极端气候条件下,暴雨会直接影响塔筒表面气动力并改变脉动风的湍流特性,而传统研究大多仅关注风单向驱动雨对于结构表面的冲击力.为解决该问题,针对中国已建成的高为210.0 m的超大型冷却塔,首先基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)手段采用连续相和离散相模型分别展开风、雨场的模拟计算.在此基础上,揭示风雨场雨滴运行速度和轨迹的作用机理,并针对9种不同风速和降雨强度组合的塔筒内、外表面风雨荷载,雨压以及等效压力系数等展开定性和定量的对比分析.提出的超大型冷却塔风雨等效内、外压系数可以很好地预测此类极端条件下的表面荷载取值.     

大型户外独立柱广告牌风压分布特性

通过风洞试验,测量三面板和双面板两种独立柱广告牌模型的面板表面风压,研究其分布规律.讨论面板表面平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性及随风向角的变化,以及面板表面典型测点脉动风压的频域特性.结果表明:各块面板表面的平均风压系数绝对值均随风向角的增加而逐渐减小;对于背风面板,面板边缘附近的平均风压系数绝对值及脉动风压系数要比面板内部区域大;在各个风向角下,单个面板两表面均存在风压的叠加或抵消效应;迎风面板外表面的脉动风压主频低于背风面板外表面脉动风压的主频,能量也较小,各块面板的内表面脉动风压频带均较宽,能量更小;广告牌立柱对于面板表面局部风压系数的影响较大.     

不同气动措施对特大型冷却塔风致响应及稳定性能影响分析

为研究不同气动措施对特大型冷却塔结构风致强度及稳定性能的影响,以内陆某核电特大型冷却塔为例,对无气动措施和增设3种气动措施冷却塔进行刚体测压风洞试验.基于试验结果对比分析了不同气动措施下冷却塔表面平均和脉动风压特性,然后采用有限元方法进行不同气动措施下特大型冷却塔的动力特性、风致响应、局部和整体稳定性能研究,最终提炼出不同气动措施对特大型冷却塔结构抗风性能的影响规律.     

风帆体型建筑表面风压的分布特征研究

针对典型风帆体型建筑的风荷载采用风洞试验方法进行研究,给出典型风向下风帆建筑的平均风压和脉动风压的分布特征,探讨该体型建筑产生此类分布的原因,并分析围护结构设计时风帆体型建筑的最不利受风区域.研究表明:风帆容易形成"前压后吸"的风压分布,对于迎风面积大、厚度却相对较小的风帆建筑整体抗风较为不利;脉动风压系数与平均风压系数分布规律较为相似,背风区的风压脉动小于侧风区;当风帆建筑锋利边缘处于侧迎风时,来流风会在锋利边缘发生显著的气动分离,使得该区域出现极大的负压.     

基于能量函数最优的海表面风向反演算法

针对灰度不变模型(BCM)光流法从海杂波图像中提取海表面风向存在较大误差的问题,根据海杂波图像特点,提出了基于局部灰度和梯度不变模型
(BGCM) 的能量函数最优海表面风向反演算法.首先,将图像灰度不变模型、梯度不变模型和时空平滑约束项有机组合起来,构造能量函数;然后,将能量函数对光流的两分量求偏导,得非线性欧拉-拉格朗日方程组;最后,通过迭代方法求解非线性方程组,得到光流场,求取主海表面风向.应用实测岸基海杂波图像序列进行实验,将BGCM、BCM模型反演的风向与风向标测得风向进行比较,结果表明,BGCM风向具有更高的相关系数和更小的误差,改进算法具有较好的性能.     

超高层建筑风压的频域特性

对10个典型的超高层建筑模型进行了细致的风洞试验，对模型表面的脉动风压系数的功率谱、水平相关系数和竖向相关系数、水平和竖向相干函数进行了细致分析，讨论了风场对脉动风压频域特性的影响．迎风面脉动风压的主频接近来流脉动风速主频；而侧面脉动风压的能量主要集中在漩涡脱落频率处．脉动风压的水平和竖向相干性均高于风速的相干性．     

两类建筑结构脉动风场的数值模拟

基于随机模拟理论的谱解法以及快速傅里叶变换（FFT）技术,运用MATLAB语言编程模拟两类典型结构物周围的脉动风场,并给出部分节点的脉动风速时程曲线.模拟的过程中考虑结构不同点的空间相关性,并采用多种方法验证本程序和数值模拟结果的正确性.FFT技术能大大提高程序运算速度,而传统的谱解法又能保证模拟的精度,使得脉动风速的数值模拟结果能满足工程分析的需要.