自然通風是被動式建筑技術(shù)中的重要方法，而建筑蓄熱與自然通風建筑室內(nèi)熱環(huán)境緊密相關(guān)，自然通風建筑室內(nèi)溫度由于建筑蓄熱作用相對室外溫度波出現(xiàn)延遲和衰減特征。.實際自然風具有紊態(tài)和非穩(wěn)定性質(zhì)。本項目擬定在分析自然來流平均風特性與波動風特性基礎(chǔ)上，主要針對雙側(cè)/單側(cè)開口自然通風模型，研究流動機理，分析主要特征參數(shù)，提出在CFD模型中構(gòu)建非穩(wěn)態(tài)風壓邊界條件的方法；選取合適的湍流模型及邊界條件，提出同時考慮建筑傳熱、蓄熱作用的非穩(wěn)態(tài)自然通風數(shù)值模擬模型及計算方法，并經(jīng)過實驗驗證；通過該模型，對非穩(wěn)態(tài)風壓驅(qū)動下雙側(cè)/單側(cè)開口自然通風建筑進行CFD數(shù)值模擬，探討變風速、風向及湍流脈動等參數(shù)與建筑蓄熱作用之間的關(guān)系，分析非穩(wěn)態(tài)風壓驅(qū)動下的自然通風建筑蓄熱特性及不同建筑蓄熱體對室內(nèi)溫度的影響規(guī)律；最后結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果與宏觀分析方法，提出適合于指導(dǎo)工程實踐的非穩(wěn)態(tài)風壓驅(qū)動自然通風建筑蓄熱設(shè)計與評估模型。

本項目研究思路為：穩(wěn)態(tài)模型→正弦波風速模型→脈動風模型→平均風模型→非穩(wěn)態(tài)風量模型→非穩(wěn)態(tài)風下室內(nèi)溫度分析。 課題組先從穩(wěn)態(tài)模型入手，對自然通風建筑計算模型進行了理論分析和實驗驗證。 其次，由于階躍變化與正弦變化是研究動態(tài)特性時通常輸入的標準信號，因此課題組假定非穩(wěn)態(tài)風為正弦波動風形式，基于通風與蓄熱的基本理論，結(jié)合數(shù)值分析及數(shù)值模擬方法，在正弦波動風速來流條件下對室內(nèi)溫度場進行模擬和分析，得到了室內(nèi)溫度衰減系數(shù)和延遲時間的變化規(guī)律，比較了恒定風與正弦波來流對室內(nèi)溫度計算結(jié)果的差異。 而通過分析自然風特性可知，自然風由平均風和波動風組成，波動風具有隨時間和空間強烈變化的非線性隨機波動特性，它并不能由單一諧波函數(shù)來描述。因此，課題組根據(jù)諧波疊加法對脈動風速時程進行了模擬，結(jié)合風工程學(xué)中的風致內(nèi)壓脈動研究方法，建立了主要脈動通風量模型；就平均風速的概率分布特性，提出了平均風速呈威布爾分布條件下的平均通風量模型。通過脈動通風量模型分析，可發(fā)現(xiàn)，脈動通風量與開口面積、房間體積、平均風速、湍流強度成一定函數(shù)關(guān)系。對隨機平均風速下的平均通風量模型分析可知，若平均風速和最大風速一定，服從威布爾分布的風速時程序列是存在多種情況的，但是各平均風速所占概率相同，總平均通風量是一定的。對于單側(cè)開口，總通風量為脈動通風量與平均通風量之和；小開口通風量主要由脈動通風量組成，大開口通風量由平均通風量和脈動通風量組成。通風量模型建立后，利用大渦數(shù)值模擬計算結(jié)果及其他計算模型結(jié)果進行了對比，分析可知本模型更為準確。 最后，對自然風進行了實測，基于實測數(shù)據(jù)分析了自然風的平均風特性和脈動風特性；采用諧波疊加法得到隨機脈動風速序列，采用雙參數(shù)的威布爾分布模型得到隨機平均風速序列；針對單側(cè)大開口/雙側(cè)大開口自然通風建筑，以脈動風速序列和隨機平均風速序列分別作為遠處來流風速，得到非穩(wěn)態(tài)自然通風建筑室內(nèi)溫度求解模型，根據(jù)該模型，分析了風速以及內(nèi)外蓄熱體特性、內(nèi)熱源及開口面積等因素對室內(nèi)溫度衰減系數(shù)和延遲時間的影響。 研究首次提出了風向垂直于風口的非穩(wěn)態(tài)來流下單側(cè)開口自然通風建筑通風量計算方法，探討了變風速、開口面積、房間體積及湍流脈動等參數(shù)對通風量的影響，并基于該方法，提出了非穩(wěn)態(tài)自然通風室內(nèi)溫度求解模型，該模型可用于評估實踐工程中的自然通風建筑內(nèi)部熱環(huán)境，指導(dǎo)自然通風建筑蓄熱設(shè)計。 2100433B

自然通風能兼顧建筑節(jié)能與改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。建筑蓄熱對自然通風與室內(nèi)空氣流動和熱狀況產(chǎn)生重要影響。本研究擬采用理論分析、數(shù)字模擬、CFD仿真與實驗研究相結(jié)合的方法，探討建筑蓄熱與自然通風非線形耦合關(guān)系，揭示建筑蓄熱對自然通風量和室內(nèi)溫度波動的影響規(guī)律。研究成果將為建筑材料的選取、混合通風系統(tǒng)的合理設(shè)計與控制策略的確定打下理論基礎(chǔ)。 2100433B

在礦井通風系統(tǒng)中，由于空氣柱質(zhì)量不同而產(chǎn)生的壓力差2100433B