室內(nèi)空氣對(duì)流的特征與模擬.pdf

1、本文主要討論建筑室內(nèi)空氣環(huán)境中對(duì)流問(wèn)題的模擬方法與基本特征。主要內(nèi)容分為七章，研究要點(diǎn)如下： 第一章探討如何描述對(duì)流系統(tǒng)中熱與質(zhì)的傳輸過(guò)程?由于傳統(tǒng)的溫度與濃度等值線分布僅展示了對(duì)流傳熱傳質(zhì)系統(tǒng)所達(dá)到的最終狀態(tài)，而沒有提供熱與污染物的傳輸信息或結(jié)構(gòu)，因此我們無(wú)法知道對(duì)流行為的本質(zhì)特征。本章提出的對(duì)流傳輸過(guò)程模擬與可視化方法則是直接顯示對(duì)流系統(tǒng)內(nèi)部流體、熱與污染物的傳輸結(jié)構(gòu)或過(guò)程，使我們清楚地看到對(duì)流行為特征。作者在對(duì)流控制方程的

2、基礎(chǔ)上定義了描述流體、熱、質(zhì)傳輸統(tǒng)一的對(duì)流傳輸函數(shù)(流函數(shù)、熱函數(shù)、質(zhì)函數(shù))，并分析了傳輸函數(shù)及其傳輸路徑(流線、熱線、質(zhì)線)的基本性質(zhì)。應(yīng)用算例充分說(shuō)明了對(duì)流傳輸函數(shù)及其傳輸路徑的價(jià)值與意義。 第二章是將對(duì)流傳輸可視化技術(shù)應(yīng)用于建筑環(huán)境領(lǐng)域，為室內(nèi)空氣環(huán)境評(píng)價(jià)提供一種更為簡(jiǎn)單有效的工具與方法。室內(nèi)熱與污染物的傳輸結(jié)構(gòu)給我們提供了一種視覺上的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，如我們可以直觀地看到：室內(nèi)有害的熱與污染物能否盡快排除?有害的熱與污染物是

3、否對(duì)我們身體健康產(chǎn)生影響?如何布置或控制熱源與污染源，以避免它們對(duì)我們身體造成侵害或使室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量更好?作者以二維層流雙擴(kuò)散混合對(duì)流模型—置換通風(fēng)—進(jìn)行了數(shù)值模擬與分析，并利用上述對(duì)流可視化技術(shù)來(lái)觀察熱源、污染源、外部機(jī)械通風(fēng)三個(gè)因素對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境的影響。 建筑室內(nèi)熱源表現(xiàn)出很大的特殊性：一方面呈離散分布狀態(tài)，另一方面熱源的大小、類型與強(qiáng)度各不相同。如何描述室內(nèi)大小、類型與強(qiáng)度不同的離散熱源之間的相互作用及其對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境的

4、影響即是第三章的主要內(nèi)容。作者首先提出了組合溫度尺度法，它有效地將離散熱源之間抽象的相互作用轉(zhuǎn)換為邊界條件之間明確的物理關(guān)系。其次，通過(guò)廣泛意義上的貢獻(xiàn)因子概念來(lái)描述/鑒別不同的離散熱源。最后，在熱源統(tǒng)一的傳熱特性基礎(chǔ)上定義了熱源強(qiáng)度概念，它決定了離散熱源在相互作用中的地位。本章分別討論了壁面離散熱源之間及壁面離散熱源與內(nèi)部體積熱源之間的相互作用。 由于人類活動(dòng)的復(fù)雜性和舒適性需要，建筑室內(nèi)離散熱源與污染源的位置與強(qiáng)度往往是不斷

5、變化的，從而對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境產(chǎn)生重要影響。第四章研究了室內(nèi)雙擴(kuò)散自然對(duì)流系統(tǒng)中離散熱源與與污染源之間的相互作用隨強(qiáng)度與位置的變化關(guān)系。模擬結(jié)果表明雙擴(kuò)散自然對(duì)流系統(tǒng)的空氣流動(dòng)與傳熱傳質(zhì)特性完全是由離散熱源與污染源浮升力之間的相互作用關(guān)系決定的：當(dāng)離散熱源與污染源浮升力協(xié)同作用時(shí)，自然對(duì)流呈比較穩(wěn)定的單一流動(dòng)結(jié)構(gòu)；而當(dāng)熱源與污染源浮升力對(duì)抗作用時(shí)，自然對(duì)流系統(tǒng)隨它們之間強(qiáng)度變化呈現(xiàn)出多種流動(dòng)狀態(tài)。 第五章是討論如何模擬室內(nèi)復(fù)雜的對(duì)流

6、問(wèn)題?室內(nèi)空氣對(duì)流行為的復(fù)雜性與狀態(tài)的多樣性通常是多種物理過(guò)程相互作用的結(jié)果，如離散熱源的熱浮升力、離散污染源的濃度浮升力及機(jī)械通風(fēng)等。因此，模擬室內(nèi)空氣對(duì)流傳熱傳質(zhì)系統(tǒng)最自然的方法是分析室內(nèi)可能發(fā)生的各種物理過(guò)程之間的相互作用，而在相互作用中明顯占優(yōu)的物理過(guò)程將決定室內(nèi)對(duì)流的基本特性。本章提出的處理復(fù)雜對(duì)流問(wèn)題的自然模擬法即是根據(jù)物理過(guò)程之間的相互作用分析對(duì)流的行為特征。 第六章是研究對(duì)流問(wèn)題求解的SIMPLE算法。作者從連續(xù)

7、性守恒的本質(zhì)出發(fā)，詳細(xì)分析了壓力修正方程的求解特殊性及其對(duì)SIMPLE算法收斂性能的影響。盡管從方程結(jié)構(gòu)上看，壓力修正方程與動(dòng)量方程具有相同的離散形式，可以采用相同的迭代方法求解，但在迭代求解的三個(gè)方面—迭代初值、邊界條件、迭代過(guò)程—都表現(xiàn)很大的特殊性：首先壓力修正方程的迭代初值具有獨(dú)立性而不象動(dòng)量方程的迭代初值具有繼承性；其次，壓力修正方程的邊界條件類型應(yīng)該與動(dòng)量方程的速度邊界相反；最后，必須增加壓力修正方程的內(nèi)循環(huán)迭代求解次數(shù)，才能