建筑自然通风流场数值模拟

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1 前言

自然通风是发展可持续和健康室内环境的重要因素，自然通风由风力或者浮力（通常是两者共同）作为驱动力[1]。自然通风可以保证建筑室内获得新鲜空气，带走多余的热量，又不需要消耗动力，节省能源，节省设备投资和运行费用，因而是一种经济有效的通风方法[2]。今天，我们做一个简化建筑的自然通风速度场计算案例。

2 建模与网格

建立如下的建筑模型，建筑高度H=0.16m，所有建筑墙面均为零厚度壁面。为方便后处理与参考文献实验值进行对比，将计算域原点x坐标设置在建筑迎风面。外流场计算域按如下方式创建：x向上建筑物迎风面距离计算域入口边界3H；建筑物背风面距离出口边界15H；y 向上建筑物与计算域侧面的距离为5H；z向上建筑物顶部距离计算域顶面5H[3]。为方便计算进入室内的新风量，建模时前后窗户都以零厚度面替代，边界条件设置为interior。划分六面体网格，对建筑区域及墙面附近进行细化，节点数约181万。

3 求解设置

本案例选择Realizable k-e湍流模型（读者也可尝试其他湍流模型）。

计算域入口设置为速度入口，速度和湍动能条件采用UDF按如下设置，其中参考高度H的速度uH=4.3m/s。

上式的UDF如下

#include "udf.h"double x[ND_ND];double z;double uH=4.3;double h0=0.16;DEFINE_PROFILE(velocity_normal, thread, position){face_t f;begin_f_loop(f,thread){F_CENTROID(x,f,thread);z=x[2];F_PROFILE(f,thread,position)=pow(z/h0,0.25)*uH;}end_f_loop(f,thread)}DEFINE_PROFILE(kinetic, thread, position){face_t f;begin_f_loop(f,thread){F_CENTROID(x,f,thread);z=x[2];F_PROFILE(f,thread,position)=pow(uH,2)*0.033*exp(-0.32*z/h0);}end_f_loop(f,thread)}