地下建筑自然通风的热压分布多态性问题

Stack effect pressure distribution in underground construction natural ventilation was found polymorphic, which means the possible distribution of stack effect pressure and the flow caused by it is various. Having better understanding of polymorphic distribution of stack effect pressure can contribute to safer, reliable and fully utilizing of natural ventilation potential in underground constructions. It is valuable in both theroy and application. The interaction mechanism between local theraml convection and integrated ventilation of network space in underground constructions is investigated. A numerical algorithm and caculation model for natural ventilation in underground constructions is proposed based on the combination of complex underground rooms and long tunnel chambers. Then, a simulation and prediction method is presented in this paper. The formation and impact factors of polymorphic stack effect pressure distribution is analysed. Morever, theoretical and experimental studies of polymorphic stack effect pressure distribution in complex underground ventilation network is conducted systematically. The existence condition, judgement basis and method of the polymorphism and its status is proposed. The judgement basis and method of the polymorphism stability is analysed as well. The evolvement mechanism of stack effect pressure distribution under dynamic conditions is examined. Lastly, the inducing method for improving stack effect pressure distribution and stability in underground constructions is investigated.

研究发现，地下建筑自然通风的热压分布具有“多态性”，即在同一条件下，热压及对应的流动分布状态具有多种可能性。深入研究热压分布的“多态性”问题，对安全、可靠、充分地利用地下建筑的自然通风潜力具有显著的理论意义和应用价值。本项目将重点研究地下建筑局部空气热对流与网络空间整体通风流动之间的相互作用机制及其模型表述，建立复杂地下房间区域与长通道洞室相融合的自然通风计算模型及数值算法，提出地下建筑热压分布多态性的模拟预测方法，解释其成因和影响因素。系统开展复杂地下建筑通风网络热压分布多态性的理论与实验研究，提出存在多态性的条件、判据与判定方法，提出实际成立状态的判据与判定方法、状态稳定性评价和失稳突变的判据与判定方法；阐明动态条件下热压分布状态的演化机制；研究地下建筑的热压诱导技术，提出对热压进行诱导以实现期望的分布状态及增强稳定性的方法。

研究发现，在同一条件下，地下建筑自然通风的热压及对应的流动分布具有“多态性”。深入研究热压分布的“多态性”问题，对安全、充分地利用地下建筑的自然通风潜力具有显著的理论意义和应用价值。本项目针对地下建筑局部空气热对流与空间整体自然通风流动之间的相互作用机制及其模型表述、计算模型数值迭代求解的收敛性与多解、地下建筑热压分布多态性的判定理论与方法三个科学问题，开展了理论、实验和案例研究。.基于回路法，构建了地下建筑有热压作用的通风计算模型（LOOPVENT），考虑了地下结构传热过程与流动过程的耦合。分别建立了流动模型、传热模型，提出了流动与传热的耦合实现方式，对单元和节点的概念进行了详细的阐述，讨论了大空间、大开口等特殊单元的划分方法；构建了数值求解的程序框架，开展了实验验证。通过现场实测、缩比模型实验与通风网络模型的动态模拟结果的对比分析，验证了网络模型在自然通风研究中的应用潜力；利用模型，对某地下空间的热压通风的多解进行了模拟计算，得出了多种热压分布状态。.通过缩比实验，对典型地下工程空间结构内部热压通风的多态现象进行了重现，利用烟雾进行了气流运动的可视化，并进行了温度和流速的动态测试。然后，利用CFD模拟方法，研究了初始条件、热源强度和位置等多种因素对热压通风多态性的影响。.针对两开口地下建筑，利用多区域网络模型的建模方法，建立相应的质量、能量和压力瞬态平衡方程，利用龙格库塔数值方法对微分方程组进行求解、绘制相图、线素图和流体分支图等，讨论了不同初始条件如初始温度对多解的影响，重点分析了竖井高度比、热源强度比等参数对流体分支现象的影响。用非线性动力学理论，对解的存在性和稳定性进行了分析；建立了以热源强度比和竖井高度比为特征参数的多解存在性和稳定性判据。.用缩比模型和CFD模拟相结合的方法，研究了地铁站入口风压特征，用非线性动力学方法分析了风压对自然通风状态转换过程的影响。