复合置换通风的非稳态流动.pdf

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1、第36卷第4期河南科技大学学报：自然科学版V01．36No．42015年8月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceAug．2015文章编号：1672—6871(2015)04—0062—06复合置换通风的非稳态流动段双平，敬成君(1．西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳621000；2．四川大学建筑与环境学院，四川成都610065)摘要：以两开口单区建筑为研究对象，采用理论分析方法，推导出风机与热压共同驱动的复合置换通风的非稳态数学模型。研究了机械

2、风量、两开口面积比和无量纲特征时间对室内热分层高度和自然通风量的影响。研究结果表明：在复合置换通风中，增大机械风量使热分层高度增大而自然通风量减小。无量纲特征时间增大，使热压主导通风模式存在所对应的机械风量的上限值减小。对于机械送风，开口面积比增大引起热分层高度和自然通风量随机械风量的变化率增加，热压主导模式存在所对应的机械风量的上限值增大，而对于机械排风，情况相反。当两开口面积相等时，采用机械送风和机械排风的效果是一样的。关键词：复合置换通风；自然通风；热分层中图分类号：TU834．1文献标志码：A0引言日益突出的常规能源消耗问题和

3、环境问题使自然通风越来越受到人们的重视。但常规自然通风难以有效控制且通风效果不稳定，而利用机械通风来辅助自然通风，可以获得良好的通风效果，同时达到节能的目的。自然通风与机械通风联合使用或交替使用的技术称为复合通风技术¨。置换通风与传统的混合通风方式相比较，可使室内工作区获得较高的通风效率。在以热压为主导的自然或复合置换通风建筑中，气流产生明显的热力分层现象。热分层高度、自然通风量和室内空气所受到的浮升力呈现非稳态特征。文献[4]采用实验和理论分析方法研究了热分层高度的非稳态变化。文献[5]采用数值模拟方法研究了热分层高度的非稳态变化，

4、并得到了文献[4]的实验结果的验证。文献[6—7]研究了室内热源强度突变和周期性变化过程中的热分层界面的非稳态变化特性。文献[8]阐述了建筑围护结构的热损失、蓄热对置换通风的动态特性的影响。文献[9]着重分析了建筑几何形状、内热源强度及室外风压对自然置换通风暂态特性的影响。前人对置换通风的研究侧重于自然置换通风或机械置换通风的非稳态研究，而对复合置换通风的非稳态特性的研究鲜有报道。因此，本文建立了热压与风机共同作用下的复合置换通风的非稳态物理数学模型，并着重分析了机械通风量、两开口面积比及无量纲特征时间(由建筑高度和开口综合面积组成的

5、无量纲参数)对室内热分层高度、室内空气所受到的浮升力和自然通风量的影响，其研究结果可为合理设计复合置换通风系统提供指导。1物理数学模型图1为一简单两开口单区建筑，其尺寸为A×B×H，体积设为，横断面积设为s，房间下侧开口面积为，上侧开口面积为A。室内有一强度为E的理想点热源。其中，图1a为机械送风辅助热压自然通风模式，房间下侧设有一机械送风口或送风机；图1b为机械排风辅助热压自然通风模式，房间上侧设有一机械排风口或排风机。在置换通风房间中，冷空气由下部开口进入室内后，在下部空间形成温度较低的新鲜空气区，冷气流主要沿热源上升，补充热源羽

6、流的发展，上部空间由羽流扩散形成温度较高的区域。根据空气流量守基金项目：国家自然科学基金项目(51208442)作者简介：段双平(1974一)，女，湖北浠水人，副教授，硕士，主要从事自然通风和太阳房热特性研究；敬成君(1965一)，男，通信作者，四川南充人，教授，博士，主要从事工程热物理问题的研究．收稿日期：2014一l0—13第4期段双平，等：复合置换通风的非稳态流动·63·恒原理，在送风量等于羽流量的高度上形成热分层界面。假设热分层界面离地的高度为h，下层空气温度与开口处的空气温度相等，即为，上层空气温度为Tc，Q。为热源浮力羽流

7、在高程断面上的容积流率。当总通风量Q不等于Q。时，热分层高度h和上层空气温度会随时间变化；直到Q=Q时，分层高度h和上层空气温度达到稳定，不再随时间变化。关于影响热分层高度的因素在文献[4]中有详细阐述。本文主要讨论机械通风量、两开口面积比对室内热分层高度、室内空气所受到的浮升力和自然通风量的影响，如图1所示。(a)自然通风+机械送风(b)自然通风+机械排风图1建筑物理模型在理论分析中作如下假设：(I)采用“二区”热分层模型。(II)室内空气密度采用Boussinesq假设。(IlI)建筑围护结构绝热。(Ⅳ)不考虑辐射换热。上层空间体

8、积随时间t的变化为：dV=Q一Q，(1)其中：Q为热源浮力羽流在高程断面上的容积流率；Q为总通风量，当设送风机时，Q=Q，当设排风机时，Q=Q。点热源浮力羽流在高程h断面上的容积流率Q。为：Q。=cBⅣh，(2)其中：c