热通道玻璃幕墙热工性能模拟

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1 前言

热通道玻璃幕墙就是一种既能满足建筑美学又可以节约建筑物运行能耗的幕墙系统. 它主要由一个单层玻璃幕墙和一个双层玻璃幕墙及它们所夹出的一个缓冲区所组成, 缓冲区的上下两端有进风和排风设施, 这个缓冲区就是所谓的热通道。冬天, 热通道由于阳光的照射温度升高, 减少了建筑物采暖的运行费用; 夏天, 热通道内温度很高, 打开上下端的风口, 热通道中空气由于热烟囱效应而产生流动, 流动空气带走热通道中的热量, 这样可以降低内层幕墙的外表面温度, 减少空调负荷, 节省能源。今天，我们针对一个简单的幕墙开展自然对流计算。

2 建模与网格

创建如下的二维平面幕墙模型，宽0.2m，高1.8m，进出口高0.1m。注意，由于三维模型深1.2m，因此在FLUENT的参考深度修改为1.2m（默认1m），这个设置只会影响面积分结果，不影响物理场分布。

3 边界与求解设置

对于竖直通道的自然对流问题，采用RNG k-e湍流模型较为合适[1]。

按下表设置幕墙内外层和进出口边界，内外层设置为热流密度边界，进风口设置为压力入口，全压0Pa（表压），出风口设置为压力出口，静压0Pa（表压）。

设置密度模型为不可压缩理想气体，当计算域密度变化不超过20%时，也可以用Boussinesq模型，当然也可以用UDF定义密度和温度的关系，这些模型的区别核心在于计算的收敛性。Boussinesq模型还需要输入热膨胀系数β，对于理想气体，可取绝对温度的倒数。

设置操作条件，包括重力加速度，操作温度和操作密度，当未采用Boussinesq模型时，只需设置操作密度即可，操作温度不起作用，缺省情况下，软件将计算域内的平均密度作为操作密度，此时自然对流计算收敛性很差。当采用Boussinesq模型时，只需设置操作温度，因为操作密度已经在材料面板的Boussinesq常密度设定好了。操作温度和操作密度对自然对流计算结果影响很大，对于开口系统，比如该案例，操作温度选择外部环境温度即进风口温度，操作密度建议选择外部环境温度对应的密度，否则影响结果的准确性。