呼吸墻流動阻力與流量預測模型.pdf

1、近年來，呼吸墻作為集保溫、通風及空氣凈化等多種用途于一體的新型建筑引風方式逐漸受到了科研人員的關注。相較具有高能源消耗率的機械通風而言，基于熱壓和風壓等自然驅(qū)動力的呼吸墻引風方式具有很大的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢。呼吸墻誘導的通氣量不僅關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。呼吸墻誘導的氣流量與其系統(tǒng)的阻抗直接關聯(lián)，在流動阻力與流量特性關系不十分清楚的情況下，難以完成呼吸墻的優(yōu)化設計與科學運行維護。本文旨在建立預

2、測呼吸墻通風量的理論關聯(lián)式模型與計算流體力學(CFD)數(shù)值計算模型。
　　呼吸墻引風的驅(qū)動力包括熱壓、風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，考慮太陽輻照強度、風壓差及多孔填料厚度等參數(shù)對呼吸墻通風量的影響，建立呼吸墻內(nèi)流動阻力與流量預測的計算關聯(lián)式。此外，還以CFD為工具，基于RNGk-ε湍流模型及增強型壁面函數(shù)，同時應用描述多孔介質(zhì)內(nèi)壓差與流量的Brinkman-Forchheimer擴展達西模型，對呼吸墻在耦

3、合熱壓和風壓作用下的系統(tǒng)內(nèi)部流動特性進行了計算建模。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)通風量，并將實驗數(shù)據(jù)與關聯(lián)式及CFD計算結(jié)果相比較。
　　研究結(jié)果表明，CFD模型預測的通風量結(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。準則關聯(lián)式預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，是一種快速有效預測通風量的計算方式。這兩類模型均可對不同內(nèi)部結(jié)構參數(shù)及外界環(huán)境參數(shù)的呼吸墻系統(tǒng)的誘導通風量進行有效預估，亦可對呼吸墻系統(tǒng)提供優(yōu)化設計方案及運行策略指導。研究還發(fā)現(xiàn):當熱壓單獨作用時，呼吸墻接收得到的太陽輻射熱量與流量的三次方成正比;當風壓單獨作用時，風壓差與流量呈拋物線關系;當二者耦合