呼吸墻流動阻力與流量預(yù)測模型.pdf

1、近年來，呼吸墻作為集保溫、通風(fēng)及空氣凈化等多種用途于一體的新型建筑引風(fēng)方式逐漸受到了科研人員的關(guān)注。相較具有高能源消耗率的機(jī)械通風(fēng)而言，基于熱壓和風(fēng)壓等自然驅(qū)動力的呼吸墻引風(fēng)方式具有很大的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢。呼吸墻誘導(dǎo)的通氣量不僅關(guān)系呼吸墻的保溫特性，同時影響其空氣凈化效果以及最終的室內(nèi)空氣品質(zhì)改善功效。呼吸墻誘導(dǎo)的氣流量與其系統(tǒng)的阻抗直接關(guān)聯(lián)，在流動阻力與流量特性關(guān)系不十分清楚的情況下，難以完成呼吸墻的優(yōu)化設(shè)計與科學(xué)運(yùn)行維護(hù)。本文旨在建立預(yù)

2、測呼吸墻通風(fēng)量的理論關(guān)聯(lián)式模型與計算流體力學(xué)(CFD)數(shù)值計算模型。
　　呼吸墻引風(fēng)的驅(qū)動力包括熱壓、風(fēng)壓以及兩者的共同作用。本文依據(jù)能量守恒及壓力平衡方程，考慮太陽輻照強(qiáng)度、風(fēng)壓差及多孔填料厚度等參數(shù)對呼吸墻通風(fēng)量的影響，建立呼吸墻內(nèi)流動阻力與流量預(yù)測的計算關(guān)聯(lián)式。此外，還以CFD為工具，基于RNGk-ε湍流模型及增強(qiáng)型壁面函數(shù)，同時應(yīng)用描述多孔介質(zhì)內(nèi)壓差與流量的Brinkman-Forchheimer擴(kuò)展達(dá)西模型，對呼吸墻在耦

3、合熱壓和風(fēng)壓作用下的系統(tǒng)內(nèi)部流動特性進(jìn)行了計算建模。為驗算以上建模方法的合理性與計算精度，在實驗室內(nèi)搭建了呼吸墻測試裝置，運(yùn)用高精度微壓計測定了呼吸墻內(nèi)不同位置點的壓力分布及系統(tǒng)通風(fēng)量，并將實驗數(shù)據(jù)與關(guān)聯(lián)式及CFD計算結(jié)果相比較。
　　研究結(jié)果表明，CFD模型預(yù)測的通風(fēng)量結(jié)果與實驗測試數(shù)據(jù)吻合度良好，說明本文建立的CFD模型具有較高的計算精度和可信度，并可作為精確獲取呼吸墻內(nèi)各參量分布場的計算方法。準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式預(yù)測模型也取得了與實驗

4、測試數(shù)據(jù)較為一致的結(jié)果，雖然存在一定誤差，但偏差值均在實驗儀器的測試誤差范圍內(nèi)。同時，理論關(guān)聯(lián)式的計算過程非常簡單，不需要大量的迭代計算，是一種快速有效預(yù)測通風(fēng)量的計算方式。這兩類模型均可對不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)及外界環(huán)境參數(shù)的呼吸墻系統(tǒng)的誘導(dǎo)通風(fēng)量進(jìn)行有效預(yù)估，亦可對呼吸墻系統(tǒng)提供優(yōu)化設(shè)計方案及運(yùn)行策略指導(dǎo)。研究還發(fā)現(xiàn):當(dāng)熱壓單獨作用時，呼吸墻接收得到的太陽輻射熱量與流量的三次方成正比;當(dāng)風(fēng)壓單獨作用時，風(fēng)壓差與流量呈拋物線關(guān)系;當(dāng)二者耦合