第 1 章 绪 论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 建筑能耗和室内空气品质问题
建筑室内环境对居住者的舒适及健康具有非常重要的意义，随着人类生活水平及科学技术的提高，为了满足室内的舒适性，人类利用各种空调技术来营造舒适的生活环境。从而，使得空调能耗在建筑能耗的比例越来越大。据统计，我国目前的建筑能耗占社会总能耗的 30%，而空调能耗就占了建筑能耗的 40%～50%。随着世界能源枯竭的不断告警、全球环境恶化问题以及空调能耗的增加，节能减排、发展“低碳绿色建筑”刻不容缓。据此，2012 年，我国“十二五”规划提出了节能减排的目标，即到 2015 年单位 GDP 的二氧化碳排放降低 17%，单位 GDP的能耗降低 16%；并提出了以建筑门窗、外遮阳、自然通风等为重点的建筑节能设计[1]。
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1.2 研究现状
1.2.1 非稳态自然通风量的计算模型
对于非稳态自然通风量的计算模型，从不同的观察层面上分析，可以分为两种：时域方法和频域方法。对于时域方法，是基于稳态压差方法，利用通风开口处的风压时间序列来计算通风量的，这种方法适用于预测连续变化的稳态的通风，且计算时间较长。对于频域方法，是基于评价建筑表面脉动压差的基础上，通过频谱和外压的相关函数来计算的。其实这两种计算方法并没有本质的区别，他们是可以相互转换的。但是两者方法的弊端均是缺乏外部瞬时风压数据，现阶段的研究数据仍然是基于实测或风洞试验得到。
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第 2 章 自然风非稳态特性及模拟
2.1 平均风基本特性
瞬时风速由平均风速和脉动风速组成[43]，即
式中， V (t)为瞬时风速，是表示在时刻t，空间某点上的瞬时总风速；V 为平均风速，指在某个时间范围内，空间某点各瞬时风速的时均值； V' (t)t为脉动风速，是表示时刻 ，瞬时风速与平均风速的差。下图即为自然风的在某一空间点的速度时程序列。
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2.2 脉动风基本特性
脉动风是随时间和空间呈强烈的非线性随机脉动的，目前还不能完全用理论来描述，实测和统计分析是研究大气湍流脉动风特性的主要途径[44]。鉴于脉动风的随机性较为复杂，在初级阶段，人们[39,45,46]往往多集中在对平均风特性的研究上，随着研究深度的发展，人们开始逐渐考虑了自然风的脉动特性，脉动风的特性主要包括脉动风速、风向变化、湍流强度、湍流积分尺度、脉动风功率谱、相关函数等[43]。
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第 3 章 非稳态风压驱动下单开口通风量模型.........21
3.1 脉动通风量模型 .................................21
3.2 脉动通风量影响因素分析 ..........................27
3.3 平均通风量模型 ........................32
第 4 章 基于 LES 的单开口自然通风数值模拟.................36
4.1 物理模型 ...............36
4.2 边界条件 ................37
4.3 计算模型参数设置........................37
4.4 模拟结果分析 ...........................42
4.5 本章小结 ...................44
第 4 章 基于LES的单开口自然通风数值模拟
本章旨在应用 Fluent 软件对非稳态流场下单开口自然通风量进行模拟计算，利用 2.3.2 节产生的符合统计规律的脉动风速时程数据，并考虑平均风速随空间不同高度点呈指数分布，作为大涡模拟的入口边界条件，分别对不同开口面积、不同建筑房间体积、不同平均风速条件下的单开口建筑进行自然通风量的模拟计算分析，并将本文模型与 CFD 模拟结果进行对比验证。
4.1 物理模型
本文计算模型的建立是在前处理软件 GAMBIT 中进行的，尺寸为长 L×宽 B×高 H 的空房间。由于给定的输入条件是无穷远参考处的边界条件，故需要将计算区域设置在离实验房间一定距离远的室外区域，设置模拟房间开口为内部边界条件，一般室外空间应为研究对象的 3－5 倍[71]。本文计算区域确定为：模型前后各取 5L，两侧各取 3B，上部取 4H。所以计算域的大小设置 5L×3B×4H。实验房间中的迎风面上的墙体中央设置 W×H'(宽×高)的开口。
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结论与展望
自然风是一种随机湍流运动，具有平均特性和脉动特性。目前有关自然通风的大部分研究均集中在平均特性的基础上，但自然风的脉动特性对建筑通风效果同样是不可以忽略的。本文着重概述了自然风的平均风特性和脉动风特性，基于Matlab 平台，编制了随机自然风的生成程序，建立了单侧单开口自然通风理论计算模型，并用 Fluent 软件对理论计算模型进行大涡模拟及分析，主要结论如下：
（1）对自然风特性进行了综述总结。我们将自然风特性分为平均风特性和脉动风特性来研究。其中，平均风特性包括平均风速、平均风向、风速廓线等。脉动风特性包括脉动风速、湍流强度、相关函数、相干函数、湍流积分尺度以及脉动风功率谱等。
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参考文献（略）