自然通风开口流量系数影响因素探讨.pdf http://snapshot.sogoucdn.com/websnapshot?ie=utf8&url=http%3A%2F%2Fmax.book118.com%2Fhtml%2F2015%2F0928%2F26285020.shtm&did=8688422dae99f3dc-a11ad01d88cf78e8-db6b1ff87927b066c4889c7207652b9a&k=dc3462d0122680f39352d0b02b2e0c06&encodedQuery=%E8%87%AA%E7%84%B6%E9%80%9A%E9%A3%8E%E6%97%B6%E7%A9%BA%E6%B0%94%E6%B5%81%E9%87%8F%E8%87%B3%E5%B0%91%E4%BF%9D%E8%AF%81160%20l%2Fs%2F&query=%E8%87%AA%E7%84%B6%E9%80%9A%E9%A3%8E%E6%97%B6%E7%A9%BA%E6%B0%94%E6%B5%81%E9%87%8F%E8%87%B3%E5%B0%91%E4%BF%9D%E8%AF%81160%20l%2Fs%2F&&w=01020400&m=0&st=1,在节约能源 、保持 良好的室内空气质 装纱窗条件下开口流量系数的取值 。 量和提高室内舒适性的三重压力下 ,全球科学家开 1 开口长宽比 始重新审视 自然通风技术 。自然通风主要由室内 1983 年 ,Bot 提出了一个实验方程 ,指出直角 ( ) 外热压和风压作用产生 ,受外界气候影响 ,具有较 开 口的阻力系数 F 与长宽比 style="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">L / H 之间的关系 多不确定性 。自然通风建筑内外环境由开口相连 , (开口有效面积和其他外部条件相同) [ 5 ] : 用来衡量开口阻力特性的流量系数直接影响通风 style="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">L ( ) F = 1. 75 + 0. 7exp - 1 量的大小以及整个房间的压力 、温度分布 ,对房间 32 . 5 H 自然通风状况和舒适程度具有决定性的作用 。在 则流量系数可写为 对 自然通风的分析研究中 ,包括工程计算和 CFD 1 1 ( ) C = = 2 d 模拟 ,对开口流量系数的取值 ,一般均采用流体力 F style="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">L 学中孔口出流原理 ,取锐角开 口为 0 . 6 ±0 . 1[ 1 4 ] , 1. 75 + 0. 7exp - 32 . 5 H 认为流量系数为常值 ,未考虑开 口其他特性 ,如尺 寸 、角度等的影响 。但大量的研究表明 ,对于不同 ①☆ 周军莉 ,女 ,1977 年 10 月生 ,在读博士研究生 ,讲师 4 10082 湖南大学土木工程学院建筑环境与设备系 类型开口及不同使用环境 ,流量系数并非为定值 。 (073 1) 882 1344 本文综合整理了开口流量系数研究资料 ,总结 Emaistyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">l :zjstyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">lhunu @126 . com 收稿日期 :2005 12 07 分析了室内外温差 、压差以及开口本身特性对开口 修回日期 :2006 10 16 暖通空调 HV &A C 2006 年第 36 卷第 12 期 专业论坛 ·43 · ( ) 由式 2 可以得到图 1 ,从图 1 中可以看到 ,流 量系数几乎与开口长宽比呈线性关系 ,当长宽比增 加的时候 ,流量系数也增加 。 图 1 开口流量系数随开口长宽比的变化 2 开口角度 在建筑物中 ,有很多类型的开口的开度随其他 条件变动而变化 ,导致开口的阻力系数随着开度变 化而变化 ,开度越大 ,开口阻力系数越小 ,流量系数 越大 。因此在 自然通风设计和数值计算中 ,开口开 度的不同将直接影响计算结果 ,还涉及正确预测火 图2 平开窗和下悬窗的流量系数与压差的关系[7 ] 灾烟流等问题 。 2000 年 ,刘方等人在高层建筑火灾试验塔上 ( 对典型的门、窗 普通单扇门、双扇门、三开玻璃窗 ) 及竖向楼梯间 不同开度下的流量系数进行了测 试 。测试结果见表 1[ 6 ] 。 表 1 门、窗不同开度下的流量系数 ( ) 图3 平开窗流量系数随 Ar ′的变化[7 ] 开度/ ° 90 45 0 图2 为流量系数与开口内外压差之间的关系 。 单扇门 0 . 75 0 . 45 0 . 34 双扇门 0 . 78 0 . 50 0 . 3 1 图2 表明无论平开窗还是下悬窗 , 当压差较小时 , 普通玻璃窗 0 . 15 开口流量系数都随压差不同而变化 ,在平开窗时变 竖向楼梯间 0 . 5 1 化特征格外明显 ;但当压差较大时 ,流量系数基本 注 :开度为 0°的流量系数值对应于门窗缝隙面积 。 保持常数 。这表明在 自然通风中 , 内外压差较小 试验测试结果表明 ,开度大的开 口流量系数 时 ,流量系数与雷诺数密切相关 。 大 。在其他条件相同的情况下 , 门全开时 ,用现有 图3 为流量系数与温差之间的关系 。其中温 手册方法将流量系数取为常值的计算风量将比实 差以 A r′函数体现 ,该函数由 Hei sestyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">lber g 定义为表 测值少 5 %～8 % ;而门关闭时 ,前者将比后者大 2 ( ) ( ) 示浮力 即温差 影响的参数 ,见式 3 。 倍左右 。因此 ,在通风换气计算以及火灾烟流计算 Toc - T0 - 3 ( ) A r ′= 2 ×10 3 与正压送风量计算中 ,确定开口流量系数时应该考 Q 虑具体开度情况 。 式中 Toc 为室 内温度 ; T0 为进入开 口的空气温 3 内外压差和温差 ( ) 度 ; Q 为通过开 口的体积流量 。从式 3 可知 ,A r′ Hei sestyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">lber g 等人进行了一系列的实验来分析 函数随内外温差的增大而增大 。 不同情况下窗户的流量系数[ 7 ] 。在实验中 ,窗户有 从图 3 中可知 ,在开 口有效面积较大时 ,平开 两种类型 ,一种是平开窗 ,另外一种是下悬窗 ,实验 窗开口流量系数随温差增大而减小 ,开口有效面积 结果见图2 ,3 。 较小时流量系数变化缓慢 ,可认为是常数 。 ·44 ·专业论坛 暖通空调 HV &A C 2006 年第 36 卷第 12 期 对于下悬窗 , Hei sestyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">lber g 认为流量系数与温差 因此可以采用流量系数来计算此开口特性 。 无明显关系 。 另外 ,不排除某些特定小孔径的纱窗导致雷诺 4 纱窗 数小于 150 ,但笔者认为自然通风中研究开 口特性 在我国 ,纱窗是一种常见的窗户设施 。夏季为 的主要 目的是为了研究通过开口的气流特性 , 比如 ( ) 了防止蚊虫进入 ,一般住宅都装有纱窗 ,纱窗孔径 计算开口流量 ,而不是针对纱窗特性 阻尼**性 一般为 2 mm 。除此之外 ,还有很多农业温室也安 的流动 。开 口为主 ,纱窗为辅 , 因此笔者认为应该 μ 装纱窗 ,这种温室纱窗的孔径较小 ,常以 m 为单 考虑的是通风开 口这个整体 ,尽管开 口安装了纱 位 。国外农业用温室应用广泛 ,研究起步较早 , 由 窗 ,气流通过纱窗有所变化 ,但也只是带纱窗开 口 于温室通风口安装的纱窗不仅能够防止昆虫和飞 与未带纱窗开口所引起的阻力有所不同 ,从而导致 鸟 ,而且由于温室特有的环境 ,纱窗对温室气候有 开口流量系数取值不同。 一定的影响 ,因此温室中小孔径纱窗开口特性受到 对于自然通风中配置纱窗的开口,林沂品等人 研究者的关注 。比如在 1983 年 ,Bot 在研究温室 通过 CFD 模拟和风洞实验得到开 口阻力系数 F 通风口时提出直角开 口流量系数与长宽比之间的 为[ 14 ] 。 关系[ 5 ] ; 1996 年 ,Mont ero 等人在一个温室模型中 1 1 ( ) F = 1. 45 1 2 + 0. 446 2 - 1. 398 6 对流量系数进行了测量[ 8 ] ; Sa se 等人和 Munoz 等 ε v0 ε ( ) 人研究了安装使用纱窗后温室通风量 的减少情 式中 为透气率 透气面积除以整个面积 ; v0 为 况[9 10 ] ;Baistyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">ley 比较了有 、无纱窗条件下温室的自 来流风速 。则有 然通风[ 11 ] , Teit estyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">l 等人 比较了温室在有无纱窗下 C = 1 = 1 d 不同的微气候[ 12 ] 。 F 1. 45 1 1 + 0. 446 1 - 1. 398 2 2 ε v0 纱窗为阻尼网 ,属多孔透气物质 ,从流体力学 ( ) 7 角度出发 ,不可压缩流体通过多孔介质的稳态流动 以常用纱窗为例 , 当孔径为 2 mm ,材料宽度 状态常用 Forchheimer 方程来计算[ 13 ] : 为 0 . 448 mm 时 ,可计算出透气率为 66 . 8 % 。将 μ Y p ρ ( ) ( ) u + 1 | u | u = 4 透气率代入式 7 可得到安装常用纱窗情况下开口 K K 2 x 流量系数与来流速度的函数关系 ,如图4 所示 。 μ 式中 为动力黏度 , Pa ·s ; K 为网格的渗透参 2 3 ρ 数 ,m ; u 为流速 ,m/ s ; 为流体密度 ,kg/ m ; Y 为 惯性因子 ;p 为压力 ,Pa ; x 为流动方向。 ( ) 当雷诺数 基于孔口的孔径 R e > 150 时 ,在这 种多孔流动机制中 , 内在力 占主导地位 ,黏滞力可 被忽略 ,此时 Forchheimer 方程可以转化为著名的 Ber noustyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">lstyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">li 方程 ,从而可推导出以流量系数为开 口 特性参数的压差公式[ 13 ] : 1 ρ 2 Δ ( ) 图4 安装纱窗情况下开口流量 p = 2 u 5 2 Cd 系数随来流速度的变化 因此对于通过纱窗开口流动 ,部分研究人员采 由图4 可知 ,在安装常用纱窗情况下 ,流量系 用 Ber noustyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">lstyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">li 方程得到的流量系数计算 ,另外一些 数随着来流风速的增大呈抛物线增大 ,只有当风速 研究者采用 Forchheimer 方程来计算 。 超过 1. 5 m/ s 时 ,流量系数变化缓慢 ,可以以 0 . 7 对于我国典型自然通风建筑开 口,取来流风速 常值代替 。而常用数值 0 . 6 只适用于来流风速为 ( ) 为 1. 69 m/ s 10 m 处不受扰动参考风速 ,家用纱窗 0 . 5～1. 0 m/ s 时的情况 。 孔径一般为 2 mm ,常温下空气的运动黏度为 15. 7 5 常值流量系数引起的误差 - 6 2 ν ×10 m / s ,则计算可得到 Re = ud/ = 2 15 ,大于 从上述分析中可知 ,流量系数随开 口本身特 150 ,此时 Forchheimer 方程与 Bernoustyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">lstyle="COLOR:#941f20;BACKGROUND-COLOR:#4ae2f7">li 方程等效 , 性 、
开 口角度 、内外压差 、温差等因素的变化而变
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发表于 2020-1-19 06:16
发表于 2020-1-19 11:06