基于CFD技術(shù)動態(tài)模擬的沈陽建筑大學(xué)庭院空間富氧化研究.pdf

1、校園的室外空間環(huán)境是構(gòu)成大學(xué)教育建筑的重要組成部分，隨著人們對教學(xué)環(huán)境重要性的不斷認(rèn)識，知道教學(xué)環(huán)境不只局限于教室內(nèi)，任何可以使學(xué)生獲取知識的地方，都屬于教學(xué)環(huán)境的范疇，校園室外環(huán)境的優(yōu)化與建設(shè)問題正日益引起教育工作者、建筑設(shè)計人員的廣泛關(guān)注。建筑富氧空間研究正是基于生態(tài)校園建設(shè)理念而提出，提高空間當(dāng)中的氧氣濃度，改善空間氧環(huán)境。
　　 本文運用CFD技術(shù)，探討其應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域模擬氧氣擴散的一般方法，并且通過實測和計算，同時

2、對研究區(qū)域氧環(huán)境進行動態(tài)模擬，研究綠地釋放氧氣在城市風(fēng)的作用下的空間分布，并以沈陽建筑大學(xué)庭院空間為例，定量分析評價建筑外部空間的氧環(huán)境，針對沈陽建筑大學(xué)庭院空間氧環(huán)境出現(xiàn)的問題，對庭院空間進行了優(yōu)化，主要從建筑單體，綠地布局和形式，空間分隔這三個方面進行著手。著重于提高空間當(dāng)中的氧氣濃度，使氧氣空間分布更均勻，并通過計算機模擬對現(xiàn)狀優(yōu)化改善方案進行了論證。通過優(yōu)化后的庭院空間氧環(huán)境明顯改善。最終總結(jié)出改善庭院空間氧環(huán)境的原則與方法。本

3、文得到主要結(jié)論如下:
　　 (1)運用Fluent軟件模擬建筑室外環(huán)境氧氣濃度分布問題:首先，模型建立過程需確定模型表達(dá)的重點，對模型進行適當(dāng)?shù)恼希サ舨恍璞磉_(dá)的部分，建筑輪廓上的細(xì)部可以忽略;其次，網(wǎng)格劃分過程，采用網(wǎng)格劃分適應(yīng)能力強的非結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分采用的單元類型為Tet/Hybrid，網(wǎng)格尺寸根據(jù)模型的需要進行分步處理，由于模型的底層邊界較為復(fù)雜，同時又是研究分析的主要區(qū)域，需對模型底部進行了局部加密;最后，計算求

4、解過程，區(qū)別于應(yīng)用Fluent軟件解決其他流體工程問題，氧氣擴散問題伴隨著質(zhì)的傳輸過程，在控制方程的選擇上，除了選擇動量守恒方程和能量守恒方程之外，還應(yīng)選擇組分傳輸方程，即Species Transport模型，并且設(shè)置為壁面無化學(xué)反應(yīng)類型。
　　 (2)結(jié)合3S技術(shù)，通過實測和計算，計算出綠地釋放的氧氣使空氣當(dāng)中的氧氣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)由0.232提高到0.235，從提高綠地釋氧能力和空間富氧角度出發(fā)，綠地結(jié)構(gòu)多應(yīng)采用喬灌草組合(QG

5、C)、喬灌組合(QG)、喬草組合(QC)和單獨喬木(Q)這四種種植方式。
　　 (3)運用Fluent軟件對沈陽建筑大學(xué)氧環(huán)境進行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果分析得出如下主要結(jié)論:
　　 (a)氧氣濃度在不同風(fēng)環(huán)境作用下的變化特征:相同風(fēng)環(huán)境下，一般地面濃度最高。隨著高度增加，自下而上濃度遞減。靠近點源處的垂直廓線上各點的濃度較大，遠(yuǎn)離處的則較小。同一條垂直廓線上氧氣濃度分布特征是隨著高度增加濃度減少;不同風(fēng)環(huán)境下，靠近點源處上各

6、點的濃度較大，遠(yuǎn)離處的則較小。風(fēng)速較大區(qū)域氧氣的擴散范圍較廣，但相應(yīng)局部濃度較低。這體現(xiàn)了環(huán)境風(fēng)對氧氣的擴散作用。表明風(fēng)對氧氣擴散是有影響的。
　　 (b)由于建筑物的影響，相同風(fēng)速條件下，水平區(qū)域內(nèi)與氧源等距的不同模擬點處的濃度是不同的。濃度高低取決于該點所處的具體位置。那些通風(fēng)不良的地方氧氣不容易擴散，形成積聚，局部出現(xiàn)濃度的高值。建筑物的影響還表現(xiàn)在其背風(fēng)面出現(xiàn)負(fù)壓的地方氧氣濃度往往較高。
　　 (c)在不受前排建

7、筑風(fēng)影區(qū)影響的前高后底建筑組合方式，其庭院內(nèi)部風(fēng)環(huán)境更有利于氧氣擴散;前排建筑底部架空的庭院，其底部空間氧氣濃度較高的區(qū)域大于后排建筑底部架空的庭院。底部架空的庭院由于空氣流通較好，風(fēng)速較大，氧氣的擴散效果較好。
　　 (d)庭院的圍合形式應(yīng)有利于氣體流通，在庭院內(nèi)部空間氣流組織上我們應(yīng)當(dāng)遵循以下原則:增加氧氣流通的絕對長度，多方向誘導(dǎo)流動，挺高氧氣在空間上的滯留時間，避免單方向擴散和局部聚集。在庭院內(nèi)部空間氣流組織上我們應(yīng)當(dāng)遵

8、循增加氧氣流通的絕對長度，多方向誘導(dǎo)流動，挺高氧氣在空間上的滯留時間，避免單方向擴散和局部聚集，同時氧源布置應(yīng)選擇在主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向，并且盡量為開敞空間。
　　 (e)在下風(fēng)口區(qū)域布置綠地應(yīng)盡量采用分散式布置，需保證下風(fēng)口的氣流通暢，避開因綠地對風(fēng)的阻礙產(chǎn)生回流或渦流。綠地形式應(yīng)結(jié)合庭院使用功能進行設(shè)計，可以根據(jù)場地使用需要，選擇帶狀，中心式，分散式、周邊式等綠地形式進行布置。
　　 (f)通過建筑屋頂綠化適當(dāng)增加前排建