自然通风中流体力学问题

1、流体力学自然通风P. F. Linden应用力学的部门和工程科学，国立中央大学，圣地牙哥,9500 Gilman开车，拉乔拉、钙 92093-0411。 电子邮件：关键词：风、堆栈，混合通风、置换通风，不分层摘要自然通风建筑所产生的流程是温度的差异和被风吹动一样。执政的特征之间的交流室内空间与外部环境。虽然风可能经常出现占统治地位的传动机制、在许多情况下的温度变化发挥控制的通风自特征定向浮力的力量有很大关系对流动模式在空间的性质与外界交流。有两种形式的通风：混讨论通风，大约是在内部温度均匀，和置换通风，那里有影响力的内部分层。这这些动力学被认为是浮力流

2、的影响，风在他们身上的探讨。在这项工作的目的就是给设计师规则和直觉在大楼里的空气移动，散发出迷人的研究分支流体力学。 1.介绍人类总是在寻找避难所。这样做的目的已经延长的可能性，生活和工作在恶劣或不适合居住的条件。随着工业革命，不断城市化已导致了数量增加的时间在室内。建筑徒作为一个障碍与外 部环境，如何做一扇窗户，透过它，在外面展望。室内空间的质量日益重要的作用环境，和现代设计者做富于想象力的使用玻璃和光线充足的空间，制造和有吸引力的内部装饰来使其具有亲切感。这些现代设计经常创造不寻常的状况以便通风：高，开放式空间大空间的太阳能所得的传统“法则”没有明显通风适用。 设计糟糕的自然通风建筑是很不

3、舒服居住和工作在并导致生活质量的下 降生产率和损失为了优化内部质量方面来看更是安慰和温度，人们已经越来越走向用空气调节在现代建筑。这有不良的能量的影响并导致高二氧化碳的排放。在一些城市，空调要求采取几乎全部容量的电网。结果有了重新燃起的使用感兴趣的自然通风提供的一支高素质的室内环境，无论是商业建筑或工业建筑物，受到越来越严厉的对环境和健康法规对空气质量。自然通风使用免费的资源的风和热由于能量的太阳能和意外加热的建设。虽然这些资源都是免费的，他们是难以控制。现在面临的问题是如何提供必要之控管机制来开发所需的室 内空气质量的措施。要做到这一点，我们必须了解的物理通风主要因素控制室内空气品质，在空气

4、的流动负责运送两热量和污染物排放总量和建筑肌 理，哪个辐射温度影响感知效果和热交流与空气。这两个，空气的流动也不理解的基础上，给出了最大的挑战，流体动力学。本文综述了道气流所产生的热和风驾驶，一些建筑物内的言论在结束联系有关性能的建设织物。一般来说，即使在较为寒冷的气候区，建筑物，特别是现代的建设，太热。活动在两家和商业 与工业建筑的单体使用大量的能量；只是熬号码电子设备，你对预备！现代建筑都紧紧采用低漏电流的比例从材料，提供高热绝缘材料。通风的设计准则是基于需要拆卸这多余的热量（和污染物，而不是提供足够的空气呼吸。一个人需要7.5公升呼吸/秒，而典型的空气需要改变热舒适要求至少10次这个金额

5、设计师所面临的挑战是复杂的，且需要了解通风原则外的其他方面的技巧建筑结构设计。设计师需要在一个容易理解表格，以便告知就应该做出决定在设计阶段的建筑，无论是新的建筑或现场调试。在这个过程中，提出了提高很多 Annu o 1999.31:201-238版流体机械。下载从中国科学院的 03/06/08图书馆。仅供个人使用。自然通风 203有趣的是，没有回答问题 dynamicist流体。在本文中，我描述其中的一些问题的方式和他们已经提到的条款的流体力学的参与通风本质上是一种空气的流动的内在与外在之间建筑。这种能量流的排风口，是通过传统的窗户，但

6、是日益突出通过故意设计、控制开口不一定使用之物介绍光。这些通风口通常 道锐利的孔和姿势少问题本身，而是要小心谨慎，在某些情况下，例如当空气流动，都通过一个单一的排气口（见第4）。主要的问题是关于建筑内气流模式。这可能是一个单一的空间，但通常是一个互联重复空格了通风口连接（通常门口）。作为开始，这是最简单的是要考虑的气流在一个单一的空间，而且大多数的工作迄今为止方面的通风。这种方法是合理的，因为了解单一的空间是多连通至关重要的空间，但与我们一样将会看到，后者提高有趣的新问题，需要进一步研究吗在earlywork的自然通风集中在风力名流动，广泛地研究了并且仍然是在风洞。模型的建筑放置的地方在一个气

7、流和压力分布在大楼周围进行了实验研究为各种各样的方向的事件 风。确定压力系数这是flowthrough通风口，是用来确定在不同的地点英足总的凯德 ？。结果不是直接应用从风洞试验全面建设，给出了，还是实证的价值观所处位置的不同在建筑物（Dascalaki和Santamouris 1996）。从这些资料中，流动速率通过建筑与风速。很少有考虑的流 量模式在建筑或者力学的流动由于过热所带来的问题，最近的兴趣开始关注被温差在流动。，这被想象“坏的情况下，但在自身条件热，象火苗通风的日子被浮力的力量。然而 ，“最坏情况的考虑的地方非常大的 要求设计，可能不是必要的一个高效、自然通风建筑。例如 ，如果“最坏

8、情况的情况只是发生 每年几次，然后只有部分时间，这可能是经济上的支持有利于接受很小的损失，可用时间或一段在更少的可接受的室内空气质量，而不是付给能源成本之机械或空调系统的今年年底。即 使机械通风系统使用的设计基准条件在维持舒适的比例只有一年.因此有必要考虑的组合的风和浮力。甚至如果一个空间，流诱导可以非常复杂的、模型Annu。1999.31:201-238 版流体机械。下载从 中国科学院的 03/06/08图书馆。仅供个人使用。204林登只有现在已逐渐公式来计算他们。因为多连通空间，没有全面型或性能的可能流向遇到了（见第8.2节）。这篇

9、综述的格式是这样的。接下来的两部分将讨论风力和浮力通风。单面通风将放在第四节,有些在stack-driven因风力影响流将被讨论。更一般的综合效应考虑堆栈和一阵风将在 第五部分了。利用计算流体动力学第6条中所描述的，有些non-Boussinesq相关的影响通风系统的火灾是第7节中讨论。最后，第8来形容一些悬而未决的有关问题的影响复杂的影响，如建筑构造、多连通空间，非稳态流等问题关于热源。2.风力通风风的作用下于建筑上充斥着大厦的形状附近其他的建筑。从广义上来讲，比较高的压力迎风一方的建设和静止冷锋位于迎风坡时减少和在房顶上所以会开流至迎风排放到的建筑 物当发发牢骚。因此，注意力被集中在如何将

10、这些压力不同的差异建筑形象，风向，和在场的附近建筑。因为分离的一个重要因素是风向确定在大楼里，尤其是下游的迎风面，最多建筑的棱角，风速扮演只是其中的一小部分在决定在大楼里flowpattern的空气，这是由粘动力学。这个独立的当然是雷诺数下，为什么模型是如此成功.很多前期工作的相互关系，建筑的风涉及气动载荷 （欧文，1971年。全面测量城市风条件（埃文斯和李1981年，库克张秀珍1974）显示修改由于附近的建筑 free-stream 速度非常复杂，到目前 为止，还不能一般理论已经开发出来，回答这个问题。试验测量（侯赛因和李1980）表明，该流进来有规律的数组范围盒子间距取决于性能在障碍物的数

11、组。因此，通常是由被追索试验的测量，以确定风压系数尤为显著地点建筑的兴趣。周围的建筑都包含在我们的风洞模型，人们普遍认为，只要风洞实验研究满足一定的要求，图案的流程、分布风在适当的速度爬模型和，因此分布规律Annu。1999.31:201-238 版流体机械。 下载从 中国科学院的03/06/08图书馆。仅供个人使用。自然通风 205风压力的影响，外表面与模型一个完完全全的建 筑。准确的要求下建模那流速剖面的气流行动一致并且代表大气边界层结构流过地形与现场推 行思考和空间分布上的动荡的风洞实验研究应该类似在全面与相应的减少的尺寸吗小规模的

12、旋 涡的数值模型。通常，模型是：规模，和各种各样的其他装置是用来旅行边界层和提供的所需的垂直剖面和湍流结构。这些包括使用双平面网格生成湍流和各种实证用途的粗糙度和篱笆上游 的模型。压力于襁褓掠过水面建筑和压力的P1勺表面上测量建筑参考压力有关计量为在风洞吗固定位置好上游的模型。压力系数为Cp = P Pref被定义为p = 0.5p qpu2；在？都是空气的密度。通常的模型是位于一个旋转的平台，使不同的风向压力系数进行测试在确定全方位的风的方向。用锋利的建筑物边缘，在风分离，此信息可以用来计算出压力分布在全面完整的范围风的速度 和方向。这个信息然后被用来计算任意压力变化开设、流驾车驶过开业根据

13、i一 P |2Q=ACd 2（2）! p在开放的面积是所示，主机是压力降穿过开放，流量系数和CD是有关开局（见第4）。建筑物的存在中出现的波动加强动荡空气流动而涡旋学组Britter拉伸过程（1979年）。这个过程是甚至更复杂的建筑群体中，有可能不稳定的影响在醒来建筑互动进一步下游。然而，似乎没有系统研究这些动荡影响风力流，甚至可能的估计为他们的时间影响通风。一个例外是威尔逊的工作 和您讨论（1990），第四节。3. STACK-DRIVEN 通风之间的温差内部与外部的大厦，之间不同的空间产生浮力大楼里的主导力量流动。与此相对 照的纯粹的风力情况下，存在这些浮力力量导致内温度变化。这个分层可能

14、会导致完全不同的流 量的配置。自然倾向于热空气上升和积累向上方导致了空间的稳定分层，这有很大关系对流动模式在空间。其决定因素的形式，垂直分层的地点洞孔内。如果空气在空间是温暖的比环境，然后一个单一的开放空间的顶部（图1a）将允许交换热空气向外，清凉的空气里面。进来的清凉的空气会下作为一 个狂暴的羽毛，就有可能组合中的空气空间。这种类型的通风被称为混合通风其特点是相对统一 的室内温度分布。如果已经有单一开放位于下方的空间，都会有的瞬态交换到冷却了进入室内的空气占深度的顶部后，开放的进一步通风停止。这不是，一般情况下，通风的一个有效途径。如果两个通风口打开，一个靠近空间的顶端，第二靠近空间的底部（

15、图磅）,温暖的空气流动从上 开放和凉快的空气进入较低的开放。一个稳定的密度界面(a)(b)图i混合图通风置换通风温暖,之间形成上层和冷却、进入室内的空气。此表格通风被称为置换通风。特征是，对比通风、混合大温度变化在空间。同样的温差、喷口区域、位移通风会导致更多的快速通气比混合通 风。后者的结果将是例子流动形态的重要性的效率通风系统。3.1中性的水平看看情况如图2所示,在探讨pamb外部密度常数和内部密度空间的Ps(Z)。在缺乏运动，压力流体静力学，迪拜dp = gp睡不着觉的g。当内部热多了外表探讨了Ps < Pamb，压力梯度的空间dz内是小于环境和代表的地方schematically

16、如图所示，环境压力是 p0 at Z =0、pH at Z = H酸碱度等在这。并在z D H .让0 < z1 < H值的吗空间内的压力，环境压力相等的高度。高等内部的压力上 打开驱动外移、较低的内部在较低的压力驱动开放资本流入。因此，中性的水平定义了高度，将上下开口了 ：空气流动通过开口在中性的水平(上部开口)，在从空穴中性. I a> qpressure图2压力分布、中性的水平3.2实验室模拟与风力通风很难进行 stackdriven的研究因为规模小通风的重要性日益增加的粘性低雷诺数影响的结论。因此，最直接研究已经进行了在几乎全部量表(Lane-Serff 1989),

17、到目前为止，被限制在一个流动space-sometimes部分分开。为了克服这一问题，该组织在剑桥开发的产品小型建模方法采用水作为工作介质(菩提等人1990年，贝克和林登1991)。生产浮力力量盐度内在的差异液体里。最力的浮力方便根据一项描述 .、.一一， / 、 缩短重力g定义为， p Tg =g g 丁p tpT加速m重力和 n 吗分形变化是 一密度由温差模式不，在t是以开尔文。无量纲参数 UHUH的关怀是雷诺数是 Re = UH嗯数量和Pe= U 体育Dk呃，那里是运动粘度，分子扩散系数,H是一个典型的垂直规模。i1 (nH喜 H驱使的流量而言，其速度缩短重力g期.(gH)2你天平，等于2等.g0H是Re= (g H) H双 v1手。和体育Pe = (g H)2H双手。小规模实验减少至少有 10倍,，利用空气作为工作介质、雷 k诺和Pecle儡号降低至少30倍全面的价值观。盐度工作在水里允许