临街建筑开窗下街谷气流及污染物扩散的研究

【目的】为了探究城市典型街谷-临街建筑污染的街谷-开窗耦合作用。【方法】基于机动车现场实测和CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟的方法,研究临街建筑开窗情况下街谷内及室内空气流动和污染物的分布规律。【结果】结果表明:临街建筑外壁面开窗因其对周围气流产生扰动而使街谷内涡旋流动有所增强,在建筑背风面和迎风面的窗口附近形成了多个不规则的气流小涡旋,各层局部风向和风速改变各异;背风侧临街建筑湍流强度受开窗情况的影响比迎风侧建筑更加明显,1-4层比未开窗增加达20.6%;室内污染物浓度逐层变化与室外街谷污染物分布大体一致,背风建筑室内污染物浓度远高于迎风面建筑;背风建筑室内污染物浓度随楼层增高不断降低,1-4层污染物占到总污染的43.7%,迎风建筑室内污染物浓度沿楼高并未呈现逐层降低的单调趋势,而是先减小,在建筑中位层附近最小,随后在窗口扰动和街谷环流漩涡的共同作用下,污染物浓度再逐层增大。街谷-开窗建筑整场求解克服了模拟临街建筑的入流水平设置与实际工况的不符,较好地解决了开窗位置复杂涡旋边界设置及湍流逐层各异的难题。

露天堆场防风抑尘网临界孔隙率的数值模拟

应用Fluent6.3对防风抑尘网及料堆周围流场进行数值模拟,通过研究不同孔隙率抑尘网与料堆周围湍流特性及料堆表面剪切力分布规律,确定了临界孔隙率.结果显示:高孔隙率(0.3、0.4、0.6)流动状态与无网工况一致,来流风沿迎风面贴附向上,风速逐渐增大,堆顶达到最大;低孔隙率(0、0.2)流态与无网迥异,迎风面处于涡旋中,风速向下,孔隙率为0时涡旋中心高于堆顶3m,孔隙率为0.2时涡旋中心位于堆高2/3处.孔隙率≥0.3时,料堆各表面剪切力变化趋势一致,与无网工况来流风同向,最大剪切力出现在堆顶.孔隙率为0.2时,作为最大起尘量的迎风面,其表面剪切力随高度先增大后减小,最大剪切力处于堆高3/5处.孔隙率为0.25时,湍流结构和剪切力分布发生突变,迎风面为贴附和涡旋复合流动,表面剪切力最小.据此确定来流风速6m/s,运用该几何模型时,临界孔隙率为0.25.

基于CFD的防风抑尘网非均匀孔隙率的优化研究

孔隙率是影响抑尘网防护效果的最主要因素,不同孔隙率抑尘网对料堆表面的显著作用区域不同,高孔隙率(ε≥0.3)网后料堆中下部扬尘得到明显抑制,低孔隙率(ε<0.3)网的抑尘作用则于料堆上部突显.基于均匀孔隙率的抑尘区域提出不同孔隙率组合的非均匀抑尘网,选取6种典型非均匀工况,应用Fluent6.3对网和料堆周围流场进行数值模拟,结果显示:网下部孔隙率(εL)相同,上部孔隙率(εH)由0增至0.1时,网后气流扰动减弱,基于湍流结构和料堆受力判定εH取0.1较好;网上部孔隙率(εH)相同,下部孔隙率(εL)由0.3增至0.6时,紧贴料堆表面风速随εL增大而增大,εL为0.3时最优.比较非均匀抑尘网最佳工况(εH=0.1/εL=0.3)与均匀网(ε=0.1和ε=0.3)的料堆表面受力显示:εH=0.1/εL=0.3非均匀网可使起尘量最大的迎风面的各个区域剪切力均显著减小,中下部比ε=0.1时减小85.2%,上部比ε=0.3时减小84.3%,料堆表面剪切力总和的减少量可达均匀网时的50%左右.

建筑外窗形式对窗户气密性能的影响

采用压差法测量了天津大学校园内5种典型的常用建筑外窗的气密性,这5种窗户分别是PVC单层窗、PVC双层窗、铝合金平开窗、铝合金推拉窗以及铝合金上悬上悬窗,每类窗户测量3组,测量压差控制在0~60Pa之间。通过测量结果分析了窗框材料、开关窗形式、使用时间以及窗户所处环境对窗户气密性的影响。最终,当压差为5Pa时,前4种窗户的漏风量分布在10~20m3/h之间,而铝合金上悬上悬窗的漏风量则在35~40m3/h之间,漏风量比较大。窗户的渗漏系数C与窗户气密性存在较大关系,压力指数n基本分布与0.5~0.6之间,受气密性影响小。再根据标准GB/T 7106—2008计算了所测外窗的气密性,通过计算,PVC双层窗的气密性最好,平均为5.17m3/h·m2;铝合金上悬上悬窗的气密性最差,平均为17.9m3/h·m2。通过对实验的可重复性进行测量,发现经过测量得出低压段(≤10Pa)的漏风量受环境影响较大,高压段(≥15Pa)较小;每两次重复性测试的时间间隔为1周,每两组重复测量之间的误差都小于15%,实验可重复。

露天堆场防风抑尘网遮蔽效果的数值模拟

应用Fluent6.3标准k-ε方程对露天堆场周围空气流场进行数值模拟;计算来流风速6 m/s工况下,孔隙率为0、0.2、0.3、0.4、0.6、1时,抑尘网及料堆前后不同断面处风速的垂直分布及不同高度空气压力系数分布。结果表明,抑尘网网前1倍网高范围内,风速廓线受抑尘网影响显著,风速较无网工况最大降幅62.9%,且风速降幅随孔隙率增大而减小;抑尘网和料堆间区域,风速沿垂直高度非单调一致变化,30 m以下风速较无网工况小,30 m以上较无网工况大;堆后2倍堆高范围内,12 m高度以下处于回流区,风速较无网工况时大,12 m以上处于主流区,风速较无网工况时小;堆后3倍堆高距离外,各孔隙率风速廓线与无网工况一致。压力系数分布显示：网前3倍网高（66 m）至堆后3倍堆高（51 m）间压力系数变化显著,尤其在抑尘网处压力系数梯度大;孔隙率小于0.3时,迎风面负压最大,孔隙率大于0.4时,冠顶负压最大,至孔隙率为0.6时,料堆高度压力系数分布与无网工况一致。综合风速衰减和压力系数分布,孔隙率为0.2-0.4时,抑尘网遮蔽效果最佳。