自然风脉动特性及对自然通风的影响研究

发布时间：2020-08-02 20:09

【摘要】：随着能源危机的产生和可持续发展战略的提出,国际社会越来越重视能源问题,而在能源消耗中,建筑能耗占有相当大的比例,因此建筑节能技术越来越受到人们的重视,充分利用建筑的自然通风是降低建筑能耗和提高室内空气品质的有效途径。目前,对建筑通风的研究大多基于稳态边界条件下,但实际的自然风并非是稳定不变的,而是随着时间随机的波动。近年来研究发现,在建筑自然通风特性研究中,把脉动的自然风简化为平均流所得出的结论与实际会有一定的偏差。为了更加真实的反映自然风的特性,更好地利用自然通风,本文总结了自然风的脉动特性,并对自然风进行了预测,通过数值模拟研究脉动风对自然通风效果的影响,这是本课题的研究目的与意义。首先本文总结了国内外学者对自然风脉动特性的研究工作,包括风特性的相关理论、脉动风的预测方法和仿真模型,以及脉动风理论在自然通风研究中的应用;重点描述了脉动风的相关特性如湍流强度、湍流积分尺度、相关函数以及脉动风功率谱等。其次总结研究了目前自然风的几种模拟方法,通过MATLAB编程分别利用谐波叠加法和时间序列法对风速进行模拟并进行验证。同时利用三维超声波风速仪对西安地区自然风进行了实测,得到该地区10m高风场处风速,利用SPSS软件对实测风速进行处理,采用ARIMA模型对风速进行建模,得出在在2-4个小时的风速模型拟合度最好,ARIMA模型可行性的分析,旨在为建筑自然通风的研究更加接近真实性提供帮助。最后,利用fluent对脉动风流场下自然风进行模拟计算,利用UDF对ARIMA模型进行编程,生成随机脉动风速时程,作为数值模拟风速入口边界条件,应用大涡数值仿真技术,分析稳态与脉动自然通风效果的差异,验证随机脉动风速模型的合理性和科学性。在本次研究中,若忽略自然风的脉动特性,通风量的误差则达28%以上。本文的研究成果,为实际工程中风压自然风的有效利用提供理论依据和基本方法,从而在推进建筑设计向节能、舒适的方向更好的发展。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU834.1
【图文】：

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第二章自然风脉动特性第二章自然风脉动特性处于湍流状态，风速具有非稳态特性，其大小和方向均随时间变化。本章重点自然风的脉动特性及自然风的模拟方法。均风基本特性然风的研究中认为风速是由平均风和波动风所组成的[64]，即 VtVVtiii' (2-1)： Vti是某时刻总风速，iV 是在一定时距内平均风速， Vti'时某时刻的脉动风总风速减去平均风速。下图即某空间点自然风的的速度时程。V

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（a）风速仪结构图（b）风速仪实际图图 3.2 ADOLFTHIES 风速仪图波是一种频率高于 20KHz 的声波，测量风速的原理为，通过发送声波脉的时间或频率(多普勒变换)的差别来计算风速和风向。测量仪器测量超声向 s 传感器传输的时间与 s 到 n 的时间不同。经过计算超声在两点之间传可以得出自然风的速度与方向。利用超声波计算风速与温度等其他因素波风速风向测量装置的工作原理如图 3.3。

【参考文献】