太阳能烟囱数值模拟与自然通风的非线性研究

【摘要】： 自然通风作为一种古老的通风方式，在很早以前就被人们所利用。后来随着空调技术的发展，自然通风的价值一度被人们忽略，但随着能源危机的到来和人们对舒适性要求的提高，使得自然通风重新得到了研究工作者和建筑设计者的高度重视。有效合理的利用自然通风不但可以降低建筑能耗，而且还可以提供新鲜清洁的自然空气，改善室内空气品质，满足人们对舒适性健康室内环境的需求。近年来，随着太阳能等清洁能源的广泛利用，太阳能与建筑相结合的自然通风方式越来越受到人们的重视。太阳能烟囱因此也受到了研究者的广泛关注。但是自然通风也具有复杂的一面，表现为自然通风的多解性等非线性动力学行为。因此分析一定的自然通风模式，对于我们更好地利用控制自然通风是非常有意义的。 本文首先在绪论中指出了本课题的学术背景，介绍了自然通风以及自然通风的研究方法、国内外有关自然通风的研究应用现状、本课题的研究意义和主要的研究内容等。 然后在第二章中对常用的Trombe式的太阳能烟囱通风系统进行了数值模拟计算，利用无因次的通风量分析了太阳能烟囱设计中两个重要参数(宽度d、高度(H-L))的变化关系式，并从流线图中分析了流量变化原因。针对以往研究中对太阳能烟囱尺寸设计结果较为零散的不足，本文最终总结出了此种太阳能烟囱自然通风方式下的设计公式，对太阳能烟囱自然通风的设计提供了参考的依据和理论的支持。 在第三章中，以两区域有冷热源的自然通风问题进行了理论的分析，分析并列出了不同模式下的控制方程组，利用数学的方法求解得出了在控制参数E(冷热源强度比)下的流动模式，其结果展示了自然通风的多解的现象，对于分析自然通风的多解现象提供了理论的方法，同时对控制此种物理模型下的自然通风提供了参考依据和理论支持。 最后文中总结了上述两个方面研究的主要结果以及对于今后这个领域的一些问题的展望，为今后这个方面工作的开展指引了方向。 【关键词】：自然通风 太阳能 烟囱 多解现象
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU834.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 主要符号7-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 本课题的学术背景10
• 1.2 本课题的来源10-11
• 1.3 自然通风的研究方法11-13
• 1.3.1 实验法11-12
• 1.3.2 数值模拟法12-13
• 1.4 自然通风的设计与研究工具13
• 1.5 国内外自然通风研究与应用现状13-16
• 1.5.1 国内研究与应用现状13-14
• 1.5.2 国外研究与应用现状14-16
• 1.6 本课题的研究意义以及主要内容16-18
• 1.6.1 课题意义16-17
• 1.6.2 本课题研究主要内容17-18
• 第二章 太阳能烟囱自然通风的数值模拟18-38
• 2.1 引言18-19
• 2.2 CFD介绍19
• 2.3 太阳能烟囱自然通风数值模拟19-37
• 2.3.1 假设19-20
• 2.3.2 物理模型20
• 2.3.3 数学模型20-22
• 2.3.4 计算网格22
• 2.3.5 数值计算22
• 2.3.6 结果与讨论22-37
• 2.4 小结37-38
• 第三章 两区域自然通风多解性研究38-54
• 3.1 引言38
• 3.2 Maple介绍38-39
• 3.3 基本控制方程39-42
• 3.3.1 连续性方程39
• 3.3.2 伯努利方程39-40
• 3.3.3 孔口流量方程40
• 3.3.4 能量平衡方程40-41
• 3.3.5 Boussinesq假设41
• 3.3.6 环路压力方程41-42
• 3.4 假设与模型推导42-45
• 3.4.1 假设42
• 3.4.2 物理模型42-43
• 3.4.3 模式公式推导43-45
• 3.5 结果与讨论45-52
• 3.5.1 模式146-47
• 3.5.2 模式247-48
• 3.5.3 模式348-49
• 3.5.4 模式449-50
• 3.5.5 模式550
• 3.5.6 流动的多解现象50-52
• 3.6 小结52-54
• 第四章 主要结论与展望54-56
• 4.1 主要结论54-55
• 4.2 课题展望55-56
• 参考文献56-62
• 附录1 L=0.08部分流线图62-63
• 附录2 L=0.10部分流线图63-64
• 附录3 L=0.14部分流线图64-65
• 附录4 L=0.25部分流线图65-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目67

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