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生活中的流体力学

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流体力学:

力学的一个分支,主要研究在各种力的作用下,流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。

生活中的流体力学:

一、定义自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气运动引起的风压来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。它不消耗机械动力,同时,在适宜的条件下又能获得巨大的通风换气量,是一种经济的通风方式。自然通风在一般的居住建筑、普通办公楼、工业厂房中有广泛的应用,能经济有效地满足里面人员的室内空气品质要求和生产工艺的一般要求。二、自然通风的作用原理虽然自然通风在大部分情况下是一种经济有效的通风方式,但是,它同时又是一种难以进行有效控制的通风方式。我们只有在对自然通风作用原理了解的基础上,才能采取一定的技术措施,使自然通风基本上按预想的模式运行。同样,在计算方面,也需要在一系列的简化条件下进行的:1.空气在流动过程中是稳定的,即假定所有可以引起自然通风的因素不随时间变化。2.在同一水平面上各点的静压力均相等,静压沿高度方向的变化符合流体静力学的规律。3.经开孔流入的射流,或室内热源所造成的射流,在到达排风窗孔前已经完全消散。4.用封闭模型得出的空气动力系数适用于又能空气流动的孔口。……如果建筑物外墙上的窗孔两侧存在压差Δp,空气就会

流过该窗孔,空气流过窗孔时的阻力就等于Δp。其中:Δp——窗孔两侧的压力差(Pa);v——空气流过窗孔时的流速(m/s);ρ

——通过窗孔空气的密度(kg/m3);ζ

——窗孔的局部阻力系数.通过窗孔的空气量按下式计算:其中:qm——通过窗孔的空气量(kg/s);qv——通过窗孔的空气流量(m3/s);F——窗孔的面积(m2).从上式可以看出,如果窗口两侧的压差Δp和窗孔的面积F已知,就可以求得通过该孔的空气量qm。要实现自然通风,窗孔两侧必须有压差Δp。三、热压作用下的自然通风——单层建筑由流体静力学基本原理知,大气压力与距离地面的高程有关:离地面越高,压力就越小,由高程引起的上下压力差值等于:高差×空气密度×重力加速度。而且,如果空气的温度不一样,则由于空气密度不同造成这种上下压力差值也不同。如图所示,有一单层建筑,分别在一侧的外墙上开有上下两个窗孔B、A。建筑室内温度为,且有,这样就有室内空气的密度<室外空气的密度。因此,室内压力pi随高度的变化率的绝对值比室外压力po随高度的变化率的绝对值小,即。也就是说图中的压力线和压力线的斜率不同。图中如果首先关闭上部窗孔B,而仅开启下部窗孔A,不管窗孔A两侧是否存在压差,由于空气流动,下部孔口A处内外压力会趋向相等,即图中两点将重合。由于室内外空气密度不同会导致上部孔口B处的。压差可用下式计算这时,如果开启上部窗口B,在压差的作用下,室内空气会通过上部孔口B流向室外。这种由于室内外空气密度所形成的压差称为热压。随着房间内空气向室外排出,室内总的压力

水平下降,则压力线会向左平行移动到图中aibi的位置,这时就会在与外墙垂直的上下孔口间的某个位置上(如图中压力线的交点高度上)有室内与室外压力相等,该面上所有点的室内外压力相等,也就是说内外压力差为零,这样的水平面叫中和面。显然,在图中的中和面高度上开孔时,通过该孔口的自然通风量为零。实际上,如果房间只有一个窗孔也仍然会形成自然通风,这时窗孔的上部排风、下部进风,相当于两个窗孔连在一起。位于中和面以下的下部孔口A处也存在压差,在该压差的作用下,室外空气会通过孔A流进室内。而且根据质量守恒定律,有孔口A流进室内的空气量应该等于孔口B流出室内的空气量。四、热压作用下的自然通风——多层建筑如果是一多层建筑物,仍设室内温度高于室外温度,则室外空气从下层房间的外门窗缝隙或开启的洞口进入室内,经内门窗缝隙或开启的洞口进入楼内的垂直通道(如楼梯间、电梯井、上下连通的中庭等)向上流动,最后经上层的内门缝隙或开启的洞口和外墙的窗、阳台门缝或开启的洞口排至室外。这就形成了多层建筑在热压作用下的自然通风,也就是所谓的“烟囱效应”。(突然发现似乎文不对题了,原理部分就不再阐述了)五、风压作用下的自然通风室外气流吹过建筑物时,气流将发生绕流。在建筑物附近的平均风速随建筑物高度的增加而增加。迎风面的风速和风的湍流度对气流的流动状况和建筑物表面及周围的压力分布影响很大。建筑在风压的作用下,具有正值风压的一侧进风,而在负值风压的一侧排风,这就是风压作用下的自然通风。自然通风量与正压侧和负压侧的开口面积、风力大小有关。假设建筑物

只在迎风的正压侧有窗,当室外空气进入建筑物后,建筑物内的压力水平就升高,最后与迎风面的压力一致。而如果在正压侧和负压侧都有门窗,就能形成贯通室内的空气流,这种自然通风模式称为穿堂风。六、热压与风压联合作用下的自然通风热压与风压共同作用下的自然通风可以认为是它们的代数叠加。也就是说,某一建筑物受到风压、热压同时作用时,外围护结构各窗孔的内、外压差就等于风压、热压单独作用时窗孔内外压差之和。七、自然通风在建筑设计上的应用7.1工业厂房的自然通风为了增大进风面积,以自然通风为主的热车间应尽量采用单跨厂房。在多跨厂房中应将冷、热跨间隔布置,尽量避免热跨相邻。图中所示的多跨厂房中,中间为冷跨,利用冷跨进风,热跨工作区的降温效果好。生态建筑的自然通风生态建筑是1869年由德国学者海格尔提出的一门关于研究有机体与环境之间相互关系的科学。其中生态建筑学就是生态学概念在规划和建筑领域的体现。生态建筑也被称作:绿色建筑、可持续建筑,它们从不同角度描述了共同的概念,只是侧重点不同。自然通风是当今生态建筑中广泛应用的一项技术。我国传统建筑平面布局坐北朝南、讲究穿堂风等,都是通过自然通风节省能源的朴素运用。采用自然通风方式的根本目的就是取代(或部分替代)传统空调制冷系统的使用,从而减少能耗、降低污染。7.3 Tjibaou(特吉巴奥)文化中心利用风压经行自然通风的典范之作当属伦佐·匹亚诺设计的Tjibaou文化中心。该建筑位于澳大利亚东侧的南太平洋热带岛屿国喀里多尼亚,气候炎热潮湿,常年多风。因此,最大限度地利用自然通风来降温、除湿,变成了适应

当地气候、注重生态换气的核心技术。英国国内税务中心一般来说,室内外空气温度差越大,进出口高度差越大,则热压作用越强。由于自然风的不稳定性,或由于周围高大建筑的影响,许多情况下在建筑周围无法形成足够的风压,这时就需要利用热压原理来加速自然通风。麦克尔·霍普金斯设计的英国国内税务中心位于诺丁汉市的传统街区。由于建筑本身呈院落式布局(共七个组团),高度仅为3~4层;加上受紧凑的城市格局的影响,建筑周边的风速较小,尚不能很好地满足自然通风的需求。因此,霍普金斯在控制建筑进深(13.6m)以利于自然采光、通风的基础上,设计了一组顶帽可以升降的圆柱形玻璃通风塔,用作建筑的入口和楼梯间。玻璃通风塔可以最大限度地吸收太阳的能量,提高塔内空气温度,从而进一步加强烟囱效应,带动各楼层的空气循环,实现自然通风。冬季时可将顶帽降下以封闭排气口,这样通风塔便成为一个玻璃暖房。蒙特福德大学女王馆通常的机械学院由于受功能的影响,大多是矩形平面:大进深、长走廊,走廊两侧是实验室和办公室。这就得大量使用人工照明,加上许多实验室在工作时会产生热量。因此,为了带走室内产生的大量热量,一般都必须采用大规模的空调系统。但位于英国莱切斯特的蒙特福德大学机械馆(女王馆)是个例外。位于英国莱彻斯特的蒙特福德大学女王馆就是利用风压与热压结合实现自然通风的一个优秀实例。建筑师肖特和福特将庞大的建筑分成一系列小体块,既在尺度上与周围古老的街区相协调,又能形成一种有节奏的韵律感,同时小的体量使得自然通风成为可能。位于指状分支部分的实验室、办公室进深较小,可以

生活中的流体力学

流体力学:力学的一个分支,主要研究在各种力的作用下,流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。生活中的流体力学:一、定义自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气运动引起的风压来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。它不消耗机械动力,同时,在适宜的条件下又能获得巨
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