Фасадга орнотулган flap-fin ламелдүү шамал кармагыч (façade-mounted flap-fin louver windcatcher) шамал пайда кылган басым айырмаларын пайдаланып, бөлмөгө сырттан таза аба киришин жана сордуруучу абанын чыгышын пассивдүү flap канатчалары аркылуу багыттоого арналган табигый желдетүү тутуму болуп саналат. Бул изилдөө бийик имараттын атмосфералык чек ара катмарындагы эталондук шамалды имараттын айланасында пайда болгон жергиликтүү фасад шамалына, андан шамал кармагычтын желдетүү чыгымына байланыштырган масштабдар аралык сандык божомолдоо алкагын иштеп чыгат. Изилдөө ANSYS Fluent 2025 R1 колдонулуп жүргүзүлгөн туруктуу RANS CFD симуляцияларын, мурда эксперименттик түрдө тастыкталган кичине масштабдагы flap-fin иштөө принцибин, AIJ Case A имарат-агым валидациясын жана үч толук байланыштырылган имарат–шамал кармагыч CFD учурун бирге колдонот.

Изоляцияланган түзмөк симуляцияларында жергиликтүү горизонталдык шамал ылдамдыгы \(U_{local}\) менен таза аба берүү чыгымы \(Q\) ортосунда болжол менен сызыктуу \(Q=aU_{local}\) байланыш алынган жана шамал кармагыч үчүн \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\), баштапкы чекиттен өткөн сызыктуу шайкештик үчүн \(R^2=0,9995\) табылган. Бул коэффициент имарат-гана CFD моделинен алынган өлчөмсүз жергиликтүү шамал ылдамдыгынын коэффициенти \(C_{U,p}\) менен айкалыштырылып, ар бир талапкер фасад чекити үчүн түзмөктүн толук геометриясын кайра чечпестен \(Q_{pred}=aC_{U,p}U_{ref}\) түрүндө алдын ала божомол жасоого мүмкүндүк берет.

Бирок ыкма бардык фасад агым режимдеринде бирдей тактыкта иштеген эмес. Салыштырмалуу бир калыптуу каптал агымы бар Case B де божомол 620,0 L/s, толук байланыштырылган CFD натыйжасы 611,71 L/s болуп, ката +%1,36 деп эсептелген. Багыт жагынан шайкеш четтик урунуусу бар Case C де божомол 460,0 L/s, толук байланыштырылган натыйжа 472,0 L/s жана ката −%2,54 болгон. Ал эми күчтүү ажыроо жана мейкиндик боюнча өтө бир калыпсыз агым бар Case A да бир чекиттен алынган жергиликтүү ылдамдык чыныгы кирүү аянтына жеткен эффективдүү импульсту чагылдыра алган эмес; божомол 250,0 L/s болгондо толук байланыштырылган натыйжа болгону 124,80 L/s болуп, ката +%100,30 га жеткен.

Ички абаны жаңыртуу CFD талдоосунда бирдей тышкы чөйрө шамал ылдамдыгы 5 m/s болгондо, изилденген кесилиш тегиздиктеринин орточо жергиликтүү аба жашы сыртка ачылган терезеде 111,51 s, шамал кармагычта 76,55 s жана anti-short-circuiting device (ASCD) бар шамал кармагычта 69,14 s болгон. ASCD шамал кармагычтын чыгымын 992 L/s ден 920 L/s ге, башкача айтканда %7,2 азайтканына карабастан, таза абанын түздөн-түз жакынкы соргучка кетип калышын чектеп, анын бөлмөнүн ичине көбүрөөк киришин камсыздаган. Терезеге салыштырмалуу орточо аба жашы шамал кармагычта %31,4, ASCD бар шамал кармагычта %38,0 азайган.

Бул натыйжалар толук масштабдагы бийик имараттагы талаа ийгилиги катары түшүндүрүлбөшү керек. Толук масштабдагы фасад тутуму бул макалада CFD менен бааланган. Эксперименттик негиз — мурдагы кичине масштабдагы flap-fin прототибине тиешелүү шамал туннели жана тышкы чөйрө өлчөөлөрү. Булак толук масштабдагы фасадга орнотулган конфигурацияны эксперименттик тастыктоону келечектеги иш катары калтырат.

Изилдөө маселеси эмне үчүн терезени ачуу менен эле чектелбейт?

Бир тараптуу табигый желдетүүдө бөлмөнүн тышкы чөйрө менен байланышы бир гана фасадда болот. Бул абал кайчылаш желдетүүдөгүдөй эки башка фасаддын ортосундагы туруктуу басым айырмасын пайдаланууну кыйындатат. Бийик имараттарда маселе андан да татаал, анткени имаратка жакындаган атмосфералык шамал менен терезе же шамал кармагыч чындыгында көргөн жергиликтүү шамал бирдей эмес. Имарат фасадында токтоп калуу аймагы, четтик ылдамдануу, агымдын ажырашы, кайра кошулуу жана из аймагындагы кайра айлануу пайда болушу мүмкүн.

Изилдөөчүлөр чечүүгө аракет кылган негизги инженердик маселе мындай: ар бир мүмкүн болгон фасад жайгашуусунда жогорку чечмелүүлүктөгү толук байланыштырылган имарат + түзмөк CFD моделин иштетүү эсептөө жагынан кымбат. Ал эми эркин атмосфералык шамал ылдамдыгын гана колдонуу жергиликтүү имарат аэродинамикасын эске албайт. Изилдөө ушул эки чек аранын ортосунда модулдук ыкманы сунуштайт.

Масштабдар Аралык Божомолдоо Ыкмасы Кантип Иштейт?

Ыкма адегенде түзмөктөн көз каранды эмес имарат CFD си менен талапкер фасад чекитиндеги жергиликтүү шамал ылдамдыгын эталондук атмосфералык шамалга салыштырат; андан соң изоляцияланган түзмөк CFD синен алынган \(Q=aU_{local}\) жоопту ушул жергиликтүү ылдамдык менен айкалыштырып, ар бир жайгашууда түзмөктүн толук геометриясын чечпестен божомолдонгон желдетүү чыгымын чыгарат.

Flap-fin тутуму физикалык жактан кантип иштейт?

Flap канатчалары пассивдүү кайтарма клапанга окшогон элементтер катары иштейт. Шамал тийген тешиктерде оң басым пайда болгондо тиешелүү канатчалар таза аба кирүү багытында ачылат. Сырткы басымы төмөнүрөөк болгон leeward тешиктер тескери агымды чектей турган башка абалда калып, башка тешиктер сордуруу жолун түзөт.

Түзмөк фасаддан сыртка чыгып тургандыктан, имарат бетинин дароо жанындагы жергиликтүү шамал булагын кармоого аракет кылат. Бөлмө тышкы чөйрө менен ушул шамал кармагыч аркылуу гана байланышкандыктан, тутумдун негизги кыймылдаткычы ар башка имарат фасаддарынын ортосундагы басым айырмасы эмес, шамал кармагычтын кирүү жана сордуруу беттеринин ортосунда түзмөктүн өзү пайда кылган басым айырмасы болуп саналат.

Симуляцияланган иш абалында кирүү flap канаттарынын бир бөлүгү 60°, башкалары 75° ачык; бардык чыгуу flapтары 75° ачык деп аныкталган. Булак кирүү flapтарынын баары 75° бурчка жетпей калышын мурдагы эксперименттерде жанаша канаттардын бири-бирине тийиши менен түшүндүрөт. Ошондуктан 60°–75° диапазону эстетикалык моделдик тандоо эмес, механикалык түрдө байкалган ачылуу чегинин өкүлү катары колдонулган.

Бөлмө менен түзмөктүн негизги геометриясы

Изилдөөдө колдонулган бөлмөнүн өлчөмү 5 m × 5 m × 3 m. Ар бир шамал кармагыч тешиги 175 mm × 280 mm. Тутум тышкы flap-fin бирдигин, бөлмөгө туташкан өзүнчө берүү каналын жана кайтуу/сордуруу жолун камтыйт. Ички абаны жаңыртуу талдоосунда, ошондой эле таза берүү абасынын жакынкы соргучка түздөн-түз кыска айланып кетишин болтурбоого багытталган anti-short-circuiting device (ASCD) бааланган.

Эмне үчүн алты өзүнчө симуляция тобу колдонулган?

Сандык модель кайсы божомолдор менен иштейт?

Симуляциялар ANSYS Fluent 2025 R1 колдонулуп аткарылган. Басымга негизделген, туруктуу абалдагы Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) чечүүчүсү колдонулган. Аба кысылбайт жана изотермалык деп кабыл алынган. Энергия теңдемеси чечилген эмес, көтөрүлүү/buoyancy таасирлери киргизилген эмес.

Турбуленттүүлүк үчүн standard \(k-\varepsilon\) модели жана standard wall functions колдонулган. Басым-ылдамдык байланышында SIMPLE алгоритми; импульс, турбуленттик кинетикалык энергия жана турбуленттик dissipation ылдамдыгы үчүн second-order upwind дискреттештирүү колдонулган. Имарат, жер, бөлмө дубалдары, каналдар жана flap беттери no-slip дубал катары аныкталган.

Үч ылдамдык компоненти үчүн калдык жакындашуу критерийи \(10^{-4}\); үзгүлтүксүздүк, \(k\) жана \(\varepsilon\) үчүн \(10^{-3}\). Бул чектер аткарылгандан кийин көзөмөлдөнгөн берүү чыгымы кошумча итерацияларда системалуу өзгөрүү көрсөтпөшү да чечимди кабыл алуу шарты катары колдонулган.

RANS теңдемелери

Теңдеме (B1) кысылбаган агым үчүн үзгүлтүксүздүк теңдемеси. \(u_i\) орточо ылдамдык компонентин, \(x_i\) мейкиндик координатасын көрсөтөт. Теңдеме үзгүлтүксүз агым талаасында масса жоголбой турганын же өзүнөн-өзү жаралбай турганын билдирет.

Теңдеме (B2) туруктуу RANS импульс теңдемеси. \(\rho\) абанын тыгыздыгы, \(p\) орточо статикалык басым, \(\mu\) молекулалык динамикалык илешкектүүлүк жана \(\mu_t\) турбуленттик eddy илешкектүүлүк. Сол тарабы орточо агымдын импульс ташышын; оң тарабы басым градиентин жана илешкек/турбуленттик импульс өткөрүлүшүн чагылдырат.

Standard \(k-\varepsilon\) моделинде турбуленттик илешкектүүлүк \(k\) турбуленттик кинетикалык энергия жана \(\varepsilon\) dissipation ылдамдыгы аркылуу моделденет. Булак \(C_\mu=0,09\) колдонгон.

Бул эки теңдеме турбуленттик кинетикалык энергиянын пайда болуу, ташылуу, диффузия жана dissipation тең салмагын жабат. Булакта \(C_{1\varepsilon}=1,44\), \(C_{2\varepsilon}=1,92\), \(\sigma_k=1,0\) жана \(\sigma_\varepsilon=1,3\) колдонулган.

Басым коэффициенти эмнени көрсөтөт?

\(C_p\) беттин статикалык басым айырмасын кирүү агымынын динамикалык басымына карата өлчөмсүздөйт. Изоляцияланган түзмөк симуляцияларында \(p_{ref}=0\) алынган. Ошентип, ар башка шамал ылдамдыктарында беттердин басым түзүү же соруу мүмкүнчүлүгү бирдей шкалада салыштырылат.

Атмосфералык чек ара катмарынын кирүү профили

Толук масштабдагы имарат симуляциясында \(b=12\) m шамал кармагыч орнотулган бийиктиктеги эталондук деңгээл. \(U_{ref}=4,257\ \mathrm{m\,s^{-1}}\), \(k_{ref}=0,7115\ \mathrm{m^2\,s^{-2}}\) жана күч мыйзамынын көрсөткүчү \(\alpha=0,232\). Бул профиль 24 m имарат бийиктигинде 5,0 m/s кирүү ылдамдыгын берет.

Турбуленттик dissipation ылдамдыгы \(k\) дан жергиликтүү тең салмак ыкмасы менен эсептелген. \(L_{model}\) турбуленттүүлүк узундук масштабы; моделдик масштабдагы валидацияда 0,032 m, толук масштабдагы симуляцияларда 4,8 m колдонулган.

Имарат масштабы кантип чоңойтулган?

AIJ Case A benchmark имараты 0,08 m × 0,08 m × 0,16 m өлчөмдөрүнөн геометриялык түрдө 150 эсеге чоңойтулуп, 12 m × 12 m × 24 m толук масштабдагы эталондук имаратка айландырылган. Булак бул которуу өлчөмсүз имарат геометриясын, атмосфералык чек ара катмарынын профиль формасын жана үлгү алуу жайларын сактаганын билдирет.

Толук масштабдагы эсептөө домени 252 m × 144 m × 486 m. Изилдөөнүн ыкмасы жетиштүү жогорку Reynolds санында курч кырдуу bluff-body орточо агым түзүлүшү Reynolds санына карата салыштырмалуу алсыз сезгичтик көрсөтөт деген божомолго негизделет.

Тор сезгичтиги кантип текшерилди?

Шамал кармагыч үчүн болжол менен 0,24 миллион, 1,1 миллион жана 4,04 миллион уячадан турган орой, орто жана майда торлор салыштырылган. Төмөн жана орточо шамал ылдамдыктарында желдетүү ийри сызыктары дээрлик дал келген. Эң жогорку ылдамдыктарда кирүү, ламель жана имарат четиндеги күчтүүрөөк градиенттерден улам майда айырмачылыктар байкалган; жалпы тенденцияны өзгөртпөгөндүктөн кийинки симуляцияларда орто тор колдонулган.

Прототип менен имарат агымынын валидациясы канчалык жакшы?

Бул валидация иерархиялык түзүлүшкө ээ. Кичине прототип эксперименти flap-fin түзмөк принцибин жана түзмөк масштабындагы CFD ни; AIJ benchmark болсо имарат айланасындагы орточо шамал талаасын колдойт. Толук масштабдагы фасадга орнотулган бүт тутумдун өзү эксперименттик түрдө тастыкталган эмес.

Жергиликтүү шамал ылдамдыгынын коэффициенти

\(C_{U,p}\) өлчөмсүз. \(U_{local}\) талапкер түзмөк жайындагы жергиликтүү горизонталдык шамал ылдамдыгынын чоңдугу; \(U_{ref}\) ошол эле бийиктиктеги бузулбаган атмосфералык чек ара катмарынын шамалы. \(\theta\) келген шамал багытын, \(\phi\) чарчы имараттын периметри боюнча орнотуу жайын, \(z\) бийиктикти билдирет.

Бул изилдөөдө \(U_{local}\) шамал кармагыч борборуна туура келген чекитте, фасаддан 1,5 m сыртта жана 12 m орнотуу бийиктигинде эсептелген горизонталдык ылдамдык чоңдугу:

Теңдеме (2) имарат агымы атмосфералык эталондук шамалды белгилүү фасад чекитинде канчалык ылдамдатып же жайлатарын көрсөтөт.

Түзмөктүн жообу эмне үчүн сызыктуу?

\(Q\) бөлмө тараптагы берүү тешигинен ичкери кирген көлөмдүк таза аба чыгымы. Эсептөөлөрдө SI бирдиги m³/s, натыйжа графиктеринде L/s колдонулган. \(a\) — бирдиги m² болгон түзмөк жооп коэффициенти.

Изоляцияланган шамал кармагыч үчүн \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\) жана \(R^2=0,9995\) алынган. Булакта бул эңиш моделденген сыртка ачылган windward терезенин эңишинен болжол менен 2,44 эсе жогору экени айтылат.

Авторлордун аэродинамикалык түшүндүрмөсүнө ылайык, каралган Reynolds санынын аралыгында туруктуу геометрия болжол менен туруктуу басым жана агым коэффициенттерин сактагандыктан басым айырмасы \(U_{local}^2\) менен, көлөмдүк чыгым болсо басым айырмасынын квадрат түбү менен масштабданат; мунун айкалышы болжол менен \(Q\propto U_{local}\) натыйжасын берет.

Масштабдар аралык божомол теңдемеси

Теңдеме (4) изилдөөнүн борбордук инженердик натыйжасы. Бир жай үчүн имарат-гана CFD ден \(C_{U,p}\) алынгандан кийин түзмөктүн майда-чүйдө flap, канал жана чыгуу геометриясын ошол жерде кайра чечпестен болжолдуу таза аба чыгымын эсептөөгө болот.

Бирок бул жөнөкөйлөтүү жарактуу болушу үчүн бир чекитте өлчөнгөн \(U_{local}\) түзмөктүн бүт эффективдүү кирүү аянтындагы агымды жетиштүү чагылдырууга тийиш. Изилдөөнүн Case A натыйжасы бул божомол күчтүү ажыроо шартында бузулушу мүмкүн экенин көрсөтөт.

Бир Жергиликтүү Шамал Ылдамдыгынын Коэффициенти Качан Ишенимдүү?

Булактын натыйжаларына ылайык бир чекиттүү \(C_{U,p}\) которуу түзмөк киришине жеткен агым мейкиндик боюнча салыштырмалуу бир калыптуу же жок дегенде багыт жагынан туруктуу болгондо жакшы иштейт; күчтүү ажыроо, кайра айлануу жана кескин ылдамдык градиенттери бар аймактарда талаа боюнча чечмелүү талдоо же толук байланыштырылган CFD талап кылынат.

Божомол катасынын аныктамасы

\(\varepsilon_Q\) белгилүү салыштырмалуу ката. Оң мааниси жөнөкөйлөтүлгөн ыкма толук байланыштырылган CFD ден жогорураак божомол бергенин; терс мааниси төмөнүрөөк божомол бергенин көрсөтөт.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Үч толук байланыштырылган валидация учуру

Case A эмне үчүн ийгиликсиз болду?

Case A да түзмөк 0° шамал шартында фасад борборундагы ажыраган жана күчтүү бир калыпсыз агым аймагында жайгашкан. Бир чекиттен алынган \(U_{local}=1,24\) m/s мааниси түзмөктүн бүт кирүү аянтына чындап жеткен аянт-орточо импульсту чагылдыра алган эмес.

Жөнөкөйлөтүлгөн ыкма 250,0 L/s божомолдосо, толук байланыштырылган CFD болгону 124,8 L/s чыгарган. Башкача айтканда, божомол чыныгы толук байланыштырылган натыйжанын болжол менен эки эсеси. Изилдөөнүн негизги чектөө билдирүүсү так ушунда: жогорку жергиликтүү чекит ылдамдыгы, эгер шамал импульсу фасаддан ажыраган болсо, эффективдүү шамал кармоону билдирбеши мүмкүн.

Case B эмне үчүн жакшы иштеди?

Case B де 45° келген шамалда түзмөк каптал фасаддын борборунда жана агым салыштырмалуу бир калыптуу. \(U_{local}=3,08\) m/s жана \(C_{U,p}=0,73\) менен теңдеме 620,0 L/s божомол чыгарган; толук байланыштырылган натыйжа 611,71 L/s болгон. +%1,36 ката бир чекиттүү ылдамдык бул агым режиминде түзмөк көргөн эффективдүү агымды жакшы чагылдырганын көрсөтөт.

Case C четте турганына карабастан эмне үчүн жакшы иштеди?

Case C имарат четине жакын болгондуктан аны жөн гана “четки жай жаман” деп түшүндүрүүгө болбойт. Бул учурда агым чет таасирдүү болгону менен, түзмөк киришине түз жана багыт жагынан шайкеш урунууда. Божомол 460,0 L/s, толук байланыштырылган натыйжа 472,0 L/s жана ката −%2,54.

Демек, орнотула турган жай \(C_{U,p}\) чоңдугуна гана жараша тандалбашы керек. Булак эки баскычтуу тандоо ыкмасын сунуштайт: адегенде шамал ылдамдыгынын коэффициенти жана багыт туруктуулугу боюнча талапкер чекиттер иреттелет; андан соң жакындаган агымдын багыты жана кирүү аянты боюнча мейкиндик бир калыптуулугу текшерилет.

Шамал кармагычтагы басым механизми

10 m/s uniform жергиликтүү кирүү ылдамдыгында булак болжол менен 60 Pa динамикалык басым билдирет. Эки кирүү бетинде болжол менен \(C_p=1,00\) жана 0,50; төрт сордуруу бетинде болжол менен −0,62, −0,63, −0,63 жана −0,57 маанилери табылган.

Аянт-орточо кирүү басым коэффициенти болжол менен \(C_{p,in}=0,75\), чыгуу коэффициенти \(C_{p,out}=-0,61\) жана айырма \(\Delta C_p\approx1,36\). 5 m/s жергиликтүү ылдамдыкта орточо кирүү статикалык басымы 11,18 Pa, чыгуу −9,70 Pa жана бөлмө басымы 0,74 Pa деп билдирилген.

Бул түзүлүш кирүүдө оң, сордурууда терс басым зонасын түзүп, таза абанын кирүүдөн бөлмөгө, бөлмөдөн сордуруу каналына багытталышы үчүн басым потенциалын камсыздайт.

Турбуленттүүлүк интенсивдүүлүгү түзмөктүн жообун канчалык өзгөрттү?

Изоляцияланган түзмөктүн uniform кирүү турбуленттүүлүк интенсивдүүлүгү %1 ден %30 га чейин өзгөртүлгөн. Булак сыналган шамал ылдамдыгынын диапазонунда эсептелген желдетүү чыгымы эң көп болжол менен %3,4 өзгөргөнүн жана \(Q-U_{local}\) сызыктуу тенденциясы сакталганын билдирет.

Бул табылга “турбуленттүүлүк эч качан маанилүү эмес” дегенди билдирбейт. Натыйжа ушул изоляцияланган, туруктуу RANS түзмөк симуляцияларында аныкталган турбуленттүүлүк интенсивдүүлүгүнүн сезгичтигине гана тиешелүү. Case A натыйжасы мейкиндик ажыроосу жана багыт өзгөрүшү жөнөкөй бир чекиттүү ылдамдык мамилесинен алда канча маанилүү болушу мүмкүн экенин көрсөтөт.

Фасад жайларын сканерлөө

Жергиликтүү шамал коэффициенттери 12 m орнотуу бийиктигинде 0°, 22,5° жана 45° келген шамал багыттары үчүн имарат айланасында чыгарылган. Чарчы имараттын айлануу жана күзгү симметриясы бул үч негизги агым режимин периметрге картага түшүрүүгө мүмкүндүк берет.

Бурчка жакын чекиттер адатта түз фасад борборуна караганда жогорураак жергиликтүү ылдамдык коэффициентин көрсөтүшү мүмкүн; буга четтик ылдамдануу себеп. Бирок булак коэффициенттин чоңдугу өзүнчө жай тандоо үчүн жетиштүү эмес экенин өзгөчө белгилейт. Эгер бурчтук ылдамданууга күчтүү ажыроо же кайра айлануу кошулса, жогорку чекит ылдамдыгы түзмөккө эффективдүү өтпөшү мүмкүн.

Ички абаны жаңыртуу кантип эсептелди?

Жергиликтүү орточо аба жашы \(\tau\) ANSYS Fluent User-Defined Scalar ыкмасы менен пассивдүү скаляр катары чечилген:

\(\tau\) секунд менен өлчөнгөн жергиликтүү орточо аба жашы. Жаңы аба бөлмөгө киргенден кийин ичинде калган сайын скалярдын мааниси көбөйөт. Төмөн аба жашы тиешелүү чекитке же кесилишке таза аба тезирээк жетерин жана эски аба тезирээк жаңыланарын билдирет.

\(\Gamma_\tau\) аба жашы скалярынын эффективдүү диффузивдүүлүгү. Молекулалык илешкектүүлүк \(\mu_l\) жана турбуленттик илешкектүүлүк \(\mu_t\) тиешелүүлүгүнө жараша ламинардык жана турбуленттик Schmidt сандары менен масштабданат. Булакта \(Sc_l\) да, \(Sc_t\) да 0,7 алынган.

Бөлмө боюнча ар башка аралыкта кесилиш тегиздиктери түзүлүп, ар бир тегиздиктеги бардык CFD чечим чекиттеринин аба жашы орточолонгон. Мындан тышкары, таза аба киришинен чыгарылган pathline лар аркылуу аба түздөн-түз соргучка кетеби же жокпу визуалдаштырылган.

ASCD Чыгымды Бир Аз Азайтып, Абаны Жаңыртууну Кантип Жакшыртты?

ASCD таза аба агымын жакынкы сордуруу тешигине түз баруучу кыска жолдон алыстаткандыктан, жалпы чыгым %7,2 азайганына карабастан, абанын бөлмөнүн чоңураак бөлүгүндө айланышын камсыз кылган; натыйжада кесилиш тегиздиктеринин орточо аба жашы терезеге салыштырмалуу %38,0 азайган.

ASCD жок болгондо көптөгөн кыска жүрүү убактысы бар pathline лар кирүүдөн жакынкы чыгууга түз барат. Булак муну айкын аба кыска айланышы деп түшүндүрөт. ASCD кошулганда чыгууга багытталган сызыктардын олуттуу бөлүгү бөлмөдө болжол менен 20 секунд же андан көп убакыт калып, бөлмөнүн кеңири масштабы боюнча айланат.

ASCD кошуу шамал кармагычтын чыгымын 992 L/s ден 920 L/s ге түшүргөн. Ошого карабастан, аба жашы 76,55 s ден 69,14 s ге азайган. Бул натыйжа инженердик жактан маанилүү: көлөмдүк аба чыгымы менен желдетүү эффективдүүлүгү бир эле көрсөткүч эмес. Аба кайда барары, бөлмөдө канча убакыт калаары жана таза аба соргучка кыска айланып кетеби же жокпу дагы маанилүү.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Изоляцияланган flap-fin шамал кармагыч үчүн жергиликтүү шамал ылдамдыгы менен желдетүү чыгымынын ортосунда каралган диапазондо өтө күчтүү болжолдуу сызыктуу байланыш бар.
• \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\) түзмөк жооп коэффициентин имарат-гана CFD ден алынган \(C_{U,p}\) менен айкалыштырып, фасад жайларын тез алдын ала сканерлөөгө болот.
• Бир чекиттүү масштабдар аралык которуу салыштырмалуу бир калыптуу же багыт жагынан шайкеш кирүү агымында %1,36 жана %2,54 абсолюттук ката деңгээлинде иштеген.
• Күчтүү ажыроо жана кайра айланууда бир чекиттүү жергиликтүү ылдамдык олуттуу жаңылыштырышы мүмкүн; Case A да ката +%100,30.
• Flap-fin түзүлүшү багытталган берүү–сордуруу жолун сактап, бир тараптуу бөлмөдө тартиптүү аба агымын түзө алат.
• ASCD жалпы чыгымды бир аз азайткан менен, аба кыска айланышын азайтып, бөлмө масштабында абаны жаңыртууну жакшырткан.
• Булак алкагы ар бир талапкер жайда толук түзмөк геометриясы чечилген кымбат CFD ордуна, ылайыктуу агым режимдеринде эки баскычтуу алдын ала сканерлөө ыкмасын сунуштайт.

Изилдөө колдобогон жалпылоолор

• Изилдөө толук масштабдагы фасад тутуму чыныгы бийик имаратта эксперименттик түрдө тастыкталганын көрсөтпөйт.
• Туруктуу жана изотермалык CFD натыйжалары табигый атмосферанын бардык кескин шамал, gust, термалдык buoyancy жана туруктуулук шарттарын камтыбайт.
• Бул изилдөөдөн чыныгы жылдык имарат энергия үнөмдөөсүн, HVAC энергия керектөөсүн же көмүртек азайышын эсептөөгө болбойт.
• ASCD бардык бөлмө геометрияларында %38 аба жашын азайтат деген жыйынтык чыгарууга болбойт.
• \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\) коэффициенти башка шамал кармагыч геометрияларына универсалдуу туруктуу катары колдонулбайт.
• 0°, 22,5° жана 45° коэффициент маалымат базасы тартипсиз имарат геометриялары же чыныгы шаар морфологиялары үчүн түздөн-түз жетиштүү эмес.
• Case C натыйжасы “бардык имарат бурчтары ылайыктуу орнотуу жайы” дегенди билдирбейт; четтеги агымдын багыттык шайкештиги өзүнчө текшерилиши керек.
• RANS модели transient vortex dynamics жана убакытка көз каранды flap кыймылын түздөн-түз чечпейт.

Негизги чектөөлөр жана келечектеги изилдөө багыттары

Булак коэффициент маалымат базасы изоляцияланган чарчы кесилиштүү имарат, үч келген шамал бурчу, нейтралдуу атмосфера, изотермалык жана туруктуу агым менен чектелгенин ачык белгилейт. Тартипсиз имараттар, айланадагы курулуштар, чыныгы шаар морфологиясы, non-neutral атмосфералык катмарлануу жана transient шамал өзүнчө изилдениши керек.

Flapтардын убакыт ичинде динамикалык ачылып-жабылышы учурдагы туруктуу CFD де моделденген эмес. Мурдагы эксперименттерде жеңил канаттар төмөн ылдамдыктарда механикалык ачык абалына тез жетип, аралык өтүү тар ылдамдык диапазонунда болору байкалгандыктан, flapтар туруктуу ачык/жабык абалдар менен көрсөтүлгөн.

Толук масштабдагы тутум үчүн конструктивдүү анкерлөө, суу дренажы, тышкы чөйрө жана канат ызы-чуусу, өрт/түтүн коопсуздугу, катуу шамалда жабылуу жана фильтр же жылуулукту калыбына келтирүү компоненттери пайда кылган кошумча басым жоготуулары азырынча чечилген долбоордук валидациялар эмес; булак муну инженердик өнүктүрүү темалары катары тизмектейт.

Булак ошондой эле толук масштабдагы фасад тутумунун эксперименттик валидациясын, transient кирүү шарттарын, динамикалык flap кыймылын жана жогорку тактыктагы моделдөөнү келечектеги иш темаларынын арасында көрсөтөт.

Практика жагынан бул эмнени билдирет?

Изилдөөнүн эң күчтүү практикалык салымы “бул түзмөк ар бир фасадда ушунча аба берет” деген универсалдуу көрсөткүч эмес. Салым — фасад орнотуу чекиттерин азыраак эсептөө чыгымы менен иреттөөгө мүмкүндүк бере турган агым-режимин эске алган алдын ала сканерлөө ыкмасын сунуштоо.

Биринчи баскычта имарат-гана CFD же башка тастыкталган шаар шамалы баалоосу аркылуу талапкер жайлардын жергиликтүү шамал коэффициенттери чыгарылат. Экинчи баскычта жогорку коэффициенттүү чекиттер ылдамдык чоңдугу боюнча гана эмес, жакындаган агымдын багыттык туруктуулугу жана мейкиндик бир калыптуулугу боюнча текшерилет. Ажыраган же кайра айланган аймактар четтетилет же атайын толук байланыштырылган CFD ге жөнөтүлөт.

Бул ыкма келечекте жылуулукту калыбына келтирүү, фильтрлөө же evaporative cooling сыяктуу аз энергиялуу аба иштетүү компоненттери менен айкалыша ала турган багыты башкарылган таза аба жолу үчүн аэродинамикалык негиз бере алат. Бирок бул компоненттердин чыныгы басым жоготуулары жана энергия көрсөткүчтөрү бул изилдөөнүн алкагында өлчөнгөн эмес.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска изилдөө: Cross-scale prediction of façade mounted flap fin windcatcher performance for high-rise single-sided ventilation.

Авторлор — жүктөлгөн PDF: Jiaxiang Li; Yongfei Zhao; Bingchao Zhang; Sirui Wu; John Calautit; Cruz Y. Li; Yukio Tamura.

Жооптуу автор: Bingchao Zhang, School of Civil Engineering, Chongqing University; bingchao.zhang@cqu.edu.cn.

Тең салым: Булак PDF де тең салым/биргелешкен биринчи автор тууралуу билдирүү табылган эмес.

Аффилиациялар: School of Civil Engineering, Chongqing University, China; State Key Laboratory of Climate Resilience for Coastal Cities, Department of Civil and Environmental Engineering, The Hong Kong University of Science and Technology, Clear Water Bay, Kowloon, Hong Kong SAR, China; Chongqing Engineering (Group) Co., Ltd., China Coal Technology & Engineering Group, China; The Bartlett, Faculty of the Built Environment, University College London, London, United Kingdom; Center for Low-Altitude Wind Engineering (cLAW), State Key Laboratory of Safety and Resilience of Civil Engineering in Mountain Areas, China; Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), China.

Булак түрү: CFD негизиндеги сандык инженердик изилдөө; мурдагы эксперименттик прототип валидациясы жана benchmark валидациясы менен колдоого алынган preprint.

Рецензия абалы: PDF ачык түрдө “This preprint research paper has not been peer reviewed” деген маалыматты камтыйт; каралган версия рецензиядан өткөн эмес.

Платформа: SSRN.

SSRN abstract номери: 7624358.

DOI: 10.2139/ssrn.7624358.

SSRN жайгаштырылган күнү: 17 Октябрь 2026.

Журнал / том / сан: Каралган файл журналдын version of record версиясы эмес; журнал, том жана сан маалыматы бул preprint үчүн колдонулбайт.

Расмий шилтеме: https://ssrn.com/abstract=7624358

Библиографиялык жазма айырмасы: Жүктөлгөн PDF авторлордун Yongfei Zhao жана John Calautit аттарын ушул формада берет. SSRN веб мета жазмасы ошол эле адамдарды “Yong Fei Zhao” жана “John Calautite” түрүндө көрсөтөт. Бул Verianla макаласында жүктөлгөн PDF деги автор жазылышы негиз катары алынган; айырма жашырылган эмес.

Лицензия: Жүктөлгөн PDF жана текшерилген SSRN библиографиялык жазмасында макала сүрөттөрүн кайра колдонууга ачык уруксат берген Creative Commons лицензиясы табылган эмес. Ошондуктан булак CFD сүрөттөрү, прототип фотолору жана графикалык дизайндары көчүрүлгөн эмес; илимий байланыштар өз алдынча HTML/SVG жана таблицалар менен кайра берилген.

Программалык камсыздоо: ANSYS Fluent 2025 R1.

Чечүүчү: Pressure-based steady-state RANS; standard \(k-\varepsilon\); standard wall functions; SIMPLE; second-order upwind.

Негизги божомолдор: Кысылбаган аба, изотермалык агым, энергия теңдемеси чечилген эмес, buoyancy киргизилген эмес, туруктуу кирүү, no-slip катуу беттер.

Жакындашуу: Ылдамдык компоненттери үчүн \(10^{-4}\); үзгүлтүксүздүк, \(k\) жана \(\varepsilon\) үчүн \(10^{-3}\); мындан тышкары берүү чыгымы кошумча итерацияларда системалуу өзгөрүү көрсөтпөшү шарт.

Атмосфералык чек ара катмары: \(U_{ref}=4,257\ \mathrm{m/s}\) @ 12 m; \(k_{ref}=0,7115\ \mathrm{m^2/s^2}\); \(\alpha=0,232\); 24 m бийиктикте кирүү ылдамдыгы 5,0 m/s.

Толук масштабдагы эталондук имарат: 12 m × 12 m × 24 m; AIJ моделдик геометриясынын 150 эсе масштаб которулушу.

Computational domain: 252 m × 144 m × 486 m.

Келген шамал багыттары: имарат-гана фасад картага түшүрүүдө 0°, 22,5° жана 45°.

Прототиптин эксперименттик негизи: Мурдагы кичине масштабдагы flap-fin прототиби ачык шамал туннелинде жана University of Nottingham кампусундагы тышкы чөйрө экспериментинде сыналган. Бул маалыматтар ушул макаладагы толук масштабдагы фасад тутумунун түз эксперименттик көрсөткүчү эмес.

Маалыматтын жеткиликтүүлүгү: Изилдөөнүн жыйынтыктарын колдогон маалыматтарды негиздүү суроо-талап боюнча жооптуу автордон алууга болору көрсөтүлгөн.

Каржылоо: National Natural Science Foundation of China, Project 52221002; 111 Project of the Ministry of Education and the Bureau of Foreign Experts of China, No. B18062; Chongqing Municipal Joint Action Program for Enterprise Key Technology Development, CSTB2025TIAD-qykjggX0296; “Belt and Road” iUNRC Innovation Fund / Fundamental Research Funds for the Central Universities, 2024CDJYDYL007; New Chongqing “One Plan” Outstanding Scientist Project, CSTB2024YCJH-KYXM0053.

CRediT / автордук салымдар: Жүктөлгөн PDF де өзүнчө CRediT authorship contribution statement табылган эмес.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Жүктөлгөн PDF де өзүнчө жана ачык competing interests / conflict of interest билдирүүсү табылган эмес. Ошондуктан булакта жок “кызыкчылыктардын кагылышы жок” деген билдирүү кошулган эмес.

Негизги методологиялык чек: Толук масштабдагы фасад конфигурациясы изоляцияланган чарчы имарат, нейтралдуу атмосфера, туруктуу жана изотермалык CFD шарттарында бааланган. Чыныгы толук масштабдагы имарат эксперименти, термалдык buoyancy, non-neutral атмосфера, айланадагы имараттардын таасири, transient gust/vortex түзүлүштөрү жана динамикалык flap кыймылы бул изилдөөдө тастыкталган эмес.

Verianla Live / Live Figure ылайыктуулугу: Жарым-жартылай ылайыктуу. Эталондук ABL → жергиликтүү фасад шамалы → түзмөк жообу → божомолдонгон чыгым агымы туруктуу-параметрлүү source-derived процесс анимациясы катары ылайыктуу. A/B/C булак натыйжалары да source-faithful салыштыруу катары жандантылышы мүмкүн. Колдонуучуга физикалык параметрлерди өзгөртүп жаңы CFD натыйжасын чыгарууга жол берилбеши керек.