太阳能诱导通风热通道的数值模拟与实验研究

【摘要】：太阳能诱导自然通风是利用太阳辐射热量来加热建筑热通道中的空气,从而使建筑开口内外形成热压,诱导热通道中的空气流动。由于自然通风可以改善室内热环境,提高人体舒适性,降低建筑能耗,因此,此方面的研究成为国内外学者普遍关注的问题。以往的研究常将太阳辐射强度以恒定负荷的形式加入到模型当中,忽略了太阳辐射、室外风环境等因素的影响,因此有必要对太阳能诱导自然通风进行进一步系统的研究。 本文在分析国内外学者研究的基础上,针对我国夏热冬冷地区的夏季气候条件,利用FLUENT软件,采用RNGk ?ε湍流模型,对太阳能烟囱、双层玻璃幕墙和特朗勃墙形式的太阳能诱导通风热通道进行了大量的数值模拟。研究表明:热通道自然通风量随太阳辐射强度的增大而增大。并且存在获得最佳自然通风效果的最佳热通道宽度和进出风口高度,太阳能烟囱热通道宽度在0.1m～0.8m之间,最佳热通道宽度为0.6m;双层玻璃幕墙和特朗勃墙热通道宽度为0.1m～0.8m,进出风口高度为0.1m～0.7m时,最佳热通道宽度和进出风口高度均在0.2m～0.4m之间。 本文还根据数值模拟结果,搭建了太阳能诱导自然通风实验台,并在室外环境条件下,对太阳能烟囱和双层玻璃幕墙热通道进行了实验研究。研究结果表明:在本实验研究范围内,热通道自然通风量分别随太阳辐射强度、热通道宽度和进出风口高度的增大而呈明显的增加趋势。太阳能烟囱热通道宽度在0.2m～0.7m之间,热通道自然通风量在0.1kg/s～0.7kg/s范围内;双层玻璃幕墙热通道宽度在0.1m～0.7m,进出风口高度在0.1m～0.5m时,热通道自然通风量在0.05kg/s～0.4kg/s范围内。热通道宽度小于0.4m时,热通道内会出现空气温度过高现象,此现象在建筑设计中应尽量避免。通过对模拟和实验结果的分析可知,由于室外风环境的影响,热通道实验测量自然通风量普遍大于数值模拟计算值。所以在实际建筑设计中,还应考虑室外风环境对自然通风效果的影响。 本课题研究成果为太阳能诱导自然通风在节能建筑中的应用提供理论基础,也为建筑设计提供了很有价值的设计依据。 【关键词】：太阳能诱导 热通道 自然通风 热压
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU834.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究应用现状11-13
• 1.3 课题研究的内容及方法13-15
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 研究方法14-15
• 第二章 热通道自然通风原理15-22
• 2.1 我国太阳能资源状况15-16
• 2.2 自然通风原理16-20
• 2.2.1 热压作用下的自然通风17-18
• 2.2.2 风压作用下的自然通风18-19
• 2.2.3 风压、热压同时作用下的自然通风19-20
• 2.3 太阳能诱导自然通风机理20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 热通道数值模拟22-39
• 3.1 CFD 软件简介22
• 3.2 物理模型及简化假设22-23
• 3.3 湍流数学模型23-28
• 3.3.1 控制方程24-25
• 3.3.2 k? ε两方程模型25-27
• 3.3.3 壁面函数法27-28
• 3.4 数值计算说明28
• 3.5 数值模拟结果及分析28-38
• 3.5.1 太阳能烟囱热通道的模拟结果及分析29-31
• 3.5.2 双层玻璃幕墙热通道的模拟结果及分析31-34
• 3.5.3 特朗勃墙热通道的模拟结果及分析34-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第四章 热通道实验研究39-55
• 4.1 实验台设计39-41
• 4.2 主要实验仪器设备41-42
• 4.3 测点布置42-44
• 4.4 实验结果及分析44-53
• 4.4.1 太阳辐射强度的变化趋势44-45
• 4.4.2 太阳能烟囱热通道实验结果及分析45-47
• 4.4.3 双层玻璃幕墙热通道实验结果及分析47-51
• 4.4.4 实验与数值模拟结果对比分析51-53
• 4.5 本章小结53-55
• 总结和展望55-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 附录 A（攻读硕士学位期间参加的科研项目及取得成果）62

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