街区与建筑室内空气环境耦合特征的研究

发布时间：2022-07-07 09:27

　　自然通风是增加室内新风和改善室内热环境最简单最经济的通风方式。在一年中的气候温和时段，居住者通常习惯打开窗户，让建筑进行自然通风。然而，当室外空气污染物浓度较高时，自然通风可能导致室内空气环境恶化。在这一背景下，本文采用三维CFD模拟和现场观测的方法，对临街建筑开窗条件下，街谷内气流流动和污染物的分布特征及室内外空气环境的耦合效应进行了详细分析与讨论。利用数值方法对不同窗户开启率（WOP）情况下街谷和房间内流场和污染物（以CO为代表）浓度场所做的模拟结果表明，WOP增大时，大量背景空气将从街谷上游建筑通过穿透式通风进入街谷，从而导致街谷内流场和污染物浓度场发生改变。在行列式和错列式街谷中，当窗户开启率从0%增加到10%时，街谷内污染物平均浓度将分别下降23%和23%~27%。模拟结果表明，当街谷宽高比增加到4时，街谷内的气流结构和污染物平均浓度将不再受窗户开启率的影响。在此基础上，分析发现，窗户开启率不同时，上游建筑两侧的压强差基本没有明显的变化，但下游建筑两侧的压强差变化较大，并且由于上游建筑两侧压强差为正，街谷内的污染物将不会扩散到上游建筑内。因此，街谷两侧建筑的窗户开启率对下游建... 

【文章页数】：177 页

【学位级别】：博士

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目录
摘要
ABSTRACT
主要符号表
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状的简要回顾
        1.2.1 街道峡谷的定义
        1.2.2 研究方法
        1.2.3 街谷内气流通风和污染物扩散特征
        1.2.4 临街建筑室内外空气耦合关系
    1.3 本文研究内容
    参考文献
第二章 数值模拟的基本理论分析
    2.1 模型的选取
        2.1.1 湍流模型的分类
        2.1.2 湍流模型控制方程
        2.1.3 污染物扩散方程
        2.1.4 常规边界条件的确定
        2.1.5 控制方程的离散化方法
    2.2 网格独立性检测
    2.3 湍流模型的验证
        2.3.1 街谷内流场的验证
        2.3.2 街谷内浓度场的验证
        2.3.3 双边通风建筑室内外气流耦合流动的验证
    参考文献
第三章 窗户开启率对街谷内和临街建筑室内空气环境的影响
    3.1 计算模型和边界条件的确定
        3.1.1 物理模型和计算域
        3.1.2 网格独立性
        3.1.3 常规边界条件的确定
        3.1.4 实际建筑窗户开启率的测量和计算模型窗户开启率的确定
    3.2 窗户开启率对街谷空气环境的影响
        3.2.1 窗户开启率对街谷内通风量和浓度的影响
        3.2.2 窗户开启率对街谷空间浓度影响的临界宽高比
    3.3 窗户开启率对临街建筑室内环境的影响
        3.3.1 窗户开启率对临街建筑房间通风通量的影响
        3.3.2 窗户开启率对下游建筑附近污染物浓度分布的影响
        3.3.3 窗户开启率对临街建筑室内污染物浓度的影响
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 街谷几何构造对街谷内和临街建筑室内空气质量的影响
    4.1 街道两侧建筑不对称性对街谷内空气环境的影响
        4.1.1 计算模型和边界条件的确定
        4.1.2 街谷对称性对建筑周围流场和颗粒物平均浓度的影响
        4.1.3 街谷对称性对街谷内浓度分布规律的影响
        4.1.4 街谷不对称性与最不利街谷空气质量改善率
    4.2 临街建筑不对称性对建筑室内空气质量的影响
        4.2.1 计算模型和边界条件的确定
        4.2.2 街谷对称性对临街建筑房间通风通量的影响
        4.2.3 街谷对称性对下游建筑墙面附近污染物浓度的影响
        4.2.4 下游建筑的室外有效源强与街谷不对称性的关系
    4.3 街谷长宽比对街谷内污染物扩散的影响
        4.3.1 物理模型与计算方法
        4.3.2 街谷长宽比对街谷内流场和污染物浓度分布的影响
        4.3.3 街谷长宽比对污染物清除量的影响
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 上游阻挡建筑高度对目标街谷流场和污染物分布的影响
    5.1 计算模型和边界条件的确定
    5.2 上游建筑对街谷内流场和通风量的影响
        5.2.1 行列式
        5.2.2 错列式
    5.3 上游建筑对街谷内浓度分布的影响
        5.3.1 行列式
        5.3.2 错列式
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 建筑室内外典型污染物浓度的连续测量与相互关系分析
    6.1 采样地点与观测方法的选择
        6.1.1 城市中心地区
        6.1.2 城郊地区
    6.2 室内外污染物浓度的观测结果
        6.2.1 工作日城市中心 CO 浓度日变化规律
        6.2.2 休息日城市中心 CO 浓度日变化规律
        6.2.3 郊区室外颗粒物浓度日变化规律
    6.3 室内外污染物浓度关系的分析
        6.3.1 城市中心地区室内外污染物浓度关系
        6.3.2 城市郊区室内外浓度关系
    6.4 室内外浓度关系的数值模拟结果
        6.4.1 窗户开启率对室内外浓度关系的影响
        6.4.2 街谷对称性对室内外浓度关系的影响
    6.5 数学预测模型
        6.5.1 数学模型-质量守恒原理
        6.5.2 室外 CO 浓度回归分析
        6.5.3 室内浓度的计算
    6.6 本章小结
    参考文献
第七章 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 主要创新点
    7.3 后续研究展望
攻读博士学位期间完成的研究论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]京津冀大气霾污染及控制策略思考[J]. 王跃思,姚利,刘子锐,吉东生,王莉莉,张军科.  中国科学院院刊. 2013(03)
[3]我国雾-霾成因及其治理的思考[J]. 张小曳,孙俊英,王亚强,李卫军,张蔷,王炜罡,权建农,曹国良,王继志,杨元琴,张养梅.  科学通报. 2013(13)
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[5]近十年中国灰霾天气研究综述[J]. 吴兑.  环境科学学报. 2012(02)
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[9]关于三维长街谷空气交换能力的讨论[J]. 王友君,亢燕铭.  东华大学学报(自然科学版). 2010(05)
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博士论文
[1]长三角地区霾天气形成机理和预报方法研究[D]. 邓君俊.南京大学 2011
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硕士论文
[1]单级离心式压缩机内部流场分析与结构优化[D]. 唐美玲.辽宁工程技术大学 2009
[2]街谷结构内流场和污染浓度场三维数值模拟研究[D]. 郭辉.河海大学 2007
[3]基于SIMPLE算法的湍流场的计算机仿真[D]. 占惊春.安徽大学 2007



本文编号：3656168