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《华南理工大学》 2013年
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室外热环境分析中下垫面等效太阳辐射吸收系数的研究

廖小琴  
【摘要】:在室外热环境分析中,正确描述下垫面对太阳辐射的吸收是一个重要前提,由于下垫面换热是集太阳辐射吸收、乔木树冠遮阳、含水表面蒸发冷却、空气对流传热和大气长波辐射的耦合换热过程,在利用大型商业CFD软件进行室外热环境数值解析时,对这种复杂换热过程的边界条件进行数值解析是非常困难,计算机时成几何级增长,收敛难度也大大增加。目前工程中常用建成区下垫面实测温度作为热环境分析的边界条件,对规划方案进行数值预测,虽然这种做法可以简化数值计算过程,但是建成区的下垫面铺装与规划方案只是一定程度的类似,计算结果误差较大。本文在下垫面热平衡方程的基础上,综合考虑下垫面水分蒸发散热和乔木树冠遮阳对下垫面太阳辐射吸收的影响,提出等效太阳辐射吸收系数,简化大型商业CFD软件中边界条件的设置,缩短计算机时,提高数值解析结果的工程可信度。 首先,本文介绍目前国内外下垫面换热边界条件研究现状,重点介绍大型商业CFD软件在模拟室外热环境的优势,以及在处理室外热环境时下垫面边界层设定遇到的问题,提出解决思路。其次,在传热与传湿控制方程的基础上,对透水地面、草地和植林地三种典型下垫面铺装方式的换热过程进行数值解析,推导下垫面温度和等效太阳辐射吸收系数的计算模型。第三,通过对下垫面逐时温度与实测温度的比较分析,验证下垫面温度计算模型的可靠性和准确性。分析表明,模拟值与实测值吻合较好,相关度在0.98以上,最大相对误差均在7%以内。第四,将等效太阳辐射吸收系数的计算值作为下垫面边界条件对太阳辐射吸收的等效转换,对对比分析的测试环境进行整体热环境数值仿真。分析表明,模拟值与实测值吻合较好,最大温度偏差在2℃以内,最大相对误差均在5%以内。最后,分析三种下垫面铺装方式的等效太阳辐射吸收系数的影响因素,得出提高草地叶面积密度,提高透水性下垫面的含湿量和缩小乔木间距使增大阴影率和增加乔木叶面积密度,能减少等效太阳辐射吸收系数,提高乔木对地面的阴影率对减少等效太阳辐射吸收系数效果更为显著。 等效太阳辐射吸收系数比较客观地描述下垫面蒸发冷却和乔木树冠遮阳的对室外热环境的影响,该系数的提出为工程界对小区规划方案的热环境进行快速分析提供了可能,具有重要的工程应用价值。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TU111.192

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