Бодгири ламелладори flap-fin, ки ба фасад насб мешавад (façade-mounted flap-fin louver windcatcher), низоми вентилятсияи табиӣ мебошад, ки бо истифода аз фарқҳои фишори ба вуҷудомада аз шамол, воридшавии ҳавои тозаи беруна ба утоқ ва баромади ҳавои ихроҷиро тавассути қанотчаҳои пассивии flap самт медиҳад. Ин таҳқиқот чорчӯбаи пешгӯии ададии байнимиқёсӣ-ро таҳия мекунад, ки шамоли истинодии қабати сарҳадии атмосфераи бинои баландро бо шамоли маҳаллии фасад дар гирди бино ва аз он ҷо бо сарфи вентилятсионии бодгир мепайвандад. Таҳқиқот симулятсияҳои устувори RANS CFD-ро, ки бо ANSYS Fluent 2025 R1 иҷро шудаанд, принсипи кори flap-fin-и миқёси хурдеро, ки қаблан таҷрибавӣ тасдиқ шудааст, санҷиши ҷараёни бинои AIJ Case A ва се ҳолати пурра пайвастшудаи CFD-и бино–бодгирро якҷо истифода мебарад.

Дар симулятсияҳои дастгоҳи ҷудошуда байни суръати уфуқии маҳаллии шамол \(U_{local}\) ва сарфи таъминоти ҳавои тоза \(Q\) муносибати тақрибан хаттии \(Q=aU_{local}\) ба даст омада, барои бодгир \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\) ва барои мутобиқати хаттии аз нуқтаи ибтидоӣ гузаранда \(R^2=0,9995\) ёфт шудааст. Ин коэффисиент бо коэффисиенти беандозаи суръати маҳаллии шамол \(C_{U,p}\), ки аз модели CFD-и танҳо-бинo гирифта шудааст, якҷо карда мешавад ва имкон медиҳад барои ҳар мавқеи номзади фасад бе аз нав ҳал кардани геометрияи пурраи дастгоҳ пешгӯии ибтидоӣ дар шакли \(Q_{pred}=aC_{U,p}U_{ref}\) анҷом дода шавад.

Аммо усул дар ҳамаи режимҳои ҷараёни фасад бо як дақиқӣ кор накардааст. Дар Case B, ки ҷараёни паҳлуии нисбатан ҳамвор мавҷуд аст, пешгӯӣ 620,0 L/s, натиҷаи CFD-и пурра пайвастшуда 611,71 L/s буда, хато +%1,36 ҳисоб шудааст. Дар Case C, ки зарбаи канории аз ҷиҳати самт мувофиқ мавҷуд аст, пешгӯӣ 460,0 L/s, натиҷаи пурра пайвастшуда 472,0 L/s ва хато −%2,54 аст. Баръакс, дар Case A, ки ҷудошавии қавӣ ва ҷараёни хеле номуназзами фазоӣ мавҷуд аст, суръати маҳаллии аз як нуқта гирифташуда импулси самаранокеро, ки воқеан ба сатҳи вуруд мерасад, ифода карда натавонист; дар ҳоле ки пешгӯӣ 250,0 L/s буд, натиҷаи пурра пайвастшуда ҳамагӣ 124,80 L/s шуда, хато ба +%100,30 расид.

Дар таҳлили CFD-и таҷдиди ҳавои дохилӣ, дар суръати якхелаи шамоли берунаи 5 m/s, синни миёнаи маҳаллии ҳаво дар ҳамвориҳои буриши санҷидашуда барои тирезаи ба берун кушодашаванда 111,51 s, барои бодгир 76,55 s ва барои бодгири дорои anti-short-circuiting device (ASCD) 69,14 s буд. Гарчанде ASCD сарфи бодгирро аз 992 L/s ба 920 L/s, яъне %7,2 кам кард, он фирори бевоситаи ҳавои тозаро ба ихроҷи наздик маҳдуд карда, ба ҳаво имкон дод, ки бештар ба дохили утоқ ворид шавад. Нисбат ба тиреза синни миёнаи ҳаво дар бодгир %31,4 ва дар бодгири дорои ASCD %38,0 коҳиш ёфт.

Ин натиҷаҳо набояд ҳамчун муваффақияти саҳроӣ дар бинои баланди пурраҳаҷм тафсир карда шаванд. Низоми фасади пурраҳаҷм дар ин мақола бо CFD арзёбӣ шудааст. Асоси таҷрибавӣ аз ченкуниҳои нақби бод ва муҳити берунаи прототипи қаблии flap-fin-и миқёси хурд иборат аст. Манбаъ тасдиқи таҷрибавии конфигуратсияи ба фасади пурраҳаҷм насбшударо ҳамчун кори оянда мегузорад.

Чаро масъалаи таҳқиқот танҳо аз кушодани тиреза иборат нест?

Дар вентилятсияи табиии яктарафа алоқаи утоқ бо муҳити беруна танҳо дар як фасад ҷойгир аст. Ин ҳолат истифодаи фарқи устувори фишор байни ду фасади ҷудогонаро, мисли вентилятсияи салибӣ, душвор мекунад. Дар биноҳои баланд масъала боз ҳам мураккабтар аст, зеро шамоли атмосферие, ки ба бино наздик мешавад, бо шамоли маҳаллие, ки тиреза ё бодгир воқеан мебинад, яксон нест. Дар фасади бино минтақаи рукуд, тезшавии канорӣ, ҷудошавии ҷараён, аз нав пайвастшавӣ ва гардиши баръакси минтақаи wake ба вуҷуд омада метавонанд.

Масъалаи асосии муҳандисие, ки муҳаққиқон ҳал кардан мехоҳанд, чунин аст: дар ҳар мавқеи имконпазири фасад иҷро кардани модели баландҳалли пурра пайвастшудаи бино + дастгоҳ CFD аз ҷиҳати ҳисоббарорӣ гарон аст. Аз тарафи дигар, истифодаи танҳо суръати шамоли озоди атмосферӣ аэродинамикаи маҳаллии биноро нодида мегирад. Таҳқиқот байни ин ду канор усули модулӣ пешниҳод мекунад.

Усули Пешгӯии Байнимиқёсӣ Чӣ Гуна Кор Мекунад?

Усул аввал бо CFD-и бинои мустақил аз дастгоҳ суръати маҳаллии шамолро дар нуқтаи номзади фасад ба шамоли атмосферии истинодӣ нисбат медиҳад; баъд ҷавоби \(Q=aU_{local}\)-ро, ки аз CFD-и дастгоҳи ҷудошуда гирифта шудааст, бо ин суръати маҳаллӣ якҷо намуда, бе ҳал кардани геометрияи пурраи дастгоҳ дар ҳар мавқеъ сарфи пешгӯишудаи вентилятсияро ҳосил мекунад.

Низоми flap-fin аз ҷиҳати физикӣ чӣ гуна кор мекунад?

Қанотчаҳои flap ҳамчун унсурҳои пассивии монанди клапани бозгашт кор мекунанд. Вақте ки дар сӯрохиҳои шамолгир фишори мусбат ба вуҷуд меояд, қанотчаҳои мувофиқ ба самти воридшавии ҳавои тоза кушода мешаванд. Сӯрохиҳои leeward, ки фишори берунии пасттар доранд, дар ҳолати дигар мемонанд, то ҷараёни баръаксро маҳдуд кунанд, ва сӯрохиҳои дигар роҳи ихроҷро ташкил медиҳанд.

Азбаски дастгоҳ аз фасад ба берун баромада меистад, он мекӯшад манбаи шамоли маҳаллиро дар наздикии сатҳи бино бигирад. Азбаски утоқ ба муҳити беруна танҳо тавассути ҳамин бодгир пайваст аст, ангезандаи асосии низом фарқи фишор байни фасадҳои гуногуни бино нест, балки фарқи фишоре мебошад, ки худи дастгоҳ байни сатҳҳои воридшавӣ ва ихроҷи бодгир ба вуҷуд меорад.

Дар ҳолати кори симулятсияшуда қисми қанотҳои flap-и воридшавӣ 60°, дигарон 75° кушода ва ҳамаи flap-ҳои баромад 75° кушода муайян шудаанд. Манбаъ ба 75° нарасидани ҳамаи flap-ҳои воридшавиро дар таҷрибаҳои қаблӣ ба тамоси қанотҳои ҳамсоя бо ҳамдигар нисбат медиҳад. Аз ин рӯ, фосилаи 60°–75° интихоби эстетикии модел нест, балки намояндагии маҳдудияти кушодашавии механикии мушоҳидашуда мебошад.

Геометрияи асосии утоқ ва дастгоҳ

Утоқи истифодашуда дар таҳқиқот андозаи 5 m × 5 m × 3 m дорад. Ҳар сӯрохии бодгир 175 mm × 280 mm аст. Низом воҳиди берунии flap-fin, канали ҷудогонаи таъминотии ба утоқ пайваст ва роҳи бозгашт/ихроҷро дар бар мегирад. Дар таҳлили таҷдиди ҳавои дохилӣ инчунин anti-short-circuiting device (ASCD) арзёбӣ шудааст, ки барои пешгирӣ аз кӯтоҳмуддат ба ихроҷи наздик рафтани ҳавои тозаи таъминотӣ пешбинӣ шудааст.

Чаро шаш гурӯҳи алоҳидаи симулятсия истифода шуд?

Модели ададӣ зери кадом фарзияҳо кор мекунад?

Симулятсияҳо бо истифода аз ANSYS Fluent 2025 R1 анҷом дода шудаанд. Ҳалкунандаи фишорбунёди ҳолати устувори Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) истифода шудааст. Ҳаво фишурданашаванда ва изотермӣ қабул шудааст. Муодилаи энергия ҳал нашуда, таъсирҳои бардошт/buoyancy дохил карда нашудаанд.

Барои турбулентӣ модели standard \(k-\varepsilon\) ва standard wall functions истифода шудаанд. Барои пайвасткунии фишор-суръат алгоритми SIMPLE; барои импулс, энергияи кинетикии турбулентӣ ва суръати dissipation турбулентӣ дискретизатсияи second-order upwind истифода шудааст. Бино, замин, деворҳои утоқ, каналҳо ва сатҳҳои flap ҳамчун деворҳои no-slip муайян шудаанд.

Меъёри боқимондаи ҳамгароӣ барои се ҷузъи суръат \(10^{-4}\); барои пайвастагӣ, \(k\) ва \(\varepsilon\) бошад \(10^{-3}\) аст. Пас аз иҷро шудани ин ҳадҳо, нишон надодани тағйироти системавии сарфи таъминотии назоратшаванда дар итератсияҳои иловагӣ низ ҳамчун шарти қабули ҳалли масъала истифода шудааст.

Муодилаҳои RANS

Муодилаи (B1) муодилаи пайвастагӣ барои ҷараёни фишурданашаванда мебошад. \(u_i\) ҷузъи суръати миёна ва \(x_i\) координатаи фазоиро нишон медиҳад. Муодила ифода мекунад, ки дар майдони ҷараёни пайваста масса нобуд намешавад ва худ аз худ ба вуҷуд намеояд.

Муодилаи (B2) муодилаи импулси RANS-и устувор мебошад. \(\rho\) зичии ҳаво, \(p\) фишори миёнаи статикӣ, \(\mu\) часпакии динамикии молекулавӣ ва \(\mu_t\) часпакии турбулентии eddy мебошад. Тарафи чап интиқоли импулс аз ҷониби ҷараёни миёнаро; тарафи рост градиенти фишор ва интиқоли часпак/турбулентии импулсро ифода мекунад.

Дар модели standard \(k-\varepsilon\), часпакии турбулентӣ бо энергияи кинетикии турбулентии \(k\) ва суръати dissipation \(\varepsilon\) модел карда мешавад. Манбаъ \(C_\mu=0,09\)-ро истифода кардааст.

Ин ду муодила тавозуни тавлид, интиқол, диффузия ва dissipation-и энергияи кинетикии турбулентиро мебанданд. Дар манбаъ \(C_{1\varepsilon}=1,44\), \(C_{2\varepsilon}=1,92\), \(\sigma_k=1,0\) ва \(\sigma_\varepsilon=1,3\) истифода шудаанд.

Коэффисиенти фишор чиро нишон медиҳад?

\(C_p\) фарқи фишори статикии сатҳро нисбат ба фишори динамикии ҷараёни воридшаванда беандоза мекунад. Дар симулятсияҳои дастгоҳи ҷудошуда \(p_{ref}=0\) гирифта шудааст. Бо ин роҳ қобилияти сатҳҳо барои эҷоди фишор ё ҷаббиш дар суръатҳои гуногуни шамол дар як миқёс муқоиса мешавад.

Профили воридшавии қабати сарҳадии атмосфера

Дар симулятсияи бинои пурраҳаҷм \(b=12\) m сатҳи истинодӣ дар баландии насби бодгир мебошад. \(U_{ref}=4,257\ \mathrm{m\,s^{-1}}\), \(k_{ref}=0,7115\ \mathrm{m^2\,s^{-2}}\) ва нишондиҳандаи қонуни дараҷавӣ \(\alpha=0,232\) аст. Ин профил дар баландии 24 m бино суръати воридшавии 5,0 m/s ба вуҷуд меорад.

Суръати dissipation-и турбулентӣ аз \(k\) бо равиши тавозуни маҳаллӣ ҳисоб шудааст. \(L_{model}\) миқёси дарозии турбулентӣ мебошад; дар валидацияи миқёси модел 0,032 m ва дар симулятсияҳои пурраҳаҷм 4,8 m истифода шудааст.

Миқёси бино чӣ гуна калон карда шуд?

Бинои benchmark-и AIJ Case A аз андозаҳои 0,08 m × 0,08 m × 0,16 m ба таври геометрӣ 150 маротиба калон карда шуда, ба бинои истинодии пурраҳаҷми 12 m × 12 m × 24 m табдил дода шудааст. Манбаъ мегӯяд, ки ин интиқол геометрияи беандозаи бино, шакли профили қабати сарҳадии атмосфера ва мавқеъҳои намунагириро нигоҳ доштааст.

Домени ҳисоббарории пурраҳаҷм 252 m × 144 m × 486 m аст. Равиши таҳқиқот ба фарзияе такя мекунад, ки сохтори миёнаи ҷараёни bluff-body-и канораш тез дар адади ба қадри кофӣ баланди Reynolds нисбат ба адади Reynolds ҳассосияти нисбатан заиф нишон медиҳад.

Ҳассосияти шабака чӣ гуна санҷида шуд?

Барои бодгир шабакаҳои дағал, миёна ва майда бо тақрибан 0,24 миллион, 1,1 миллион ва 4,04 миллион ячейка муқоиса шуданд. Дар суръатҳои паст ва миёнаи шамол каҷҳои вентилятсия қариб ҳамдигарро пӯшонданд. Дар суръатҳои баландтарин аз сабаби градиентҳои қавитар дар вуруд, ламел ва канори бино фарқҳои хурд дида шуданд; чун тамоюли умумиро тағйир надоданд, дар симулятсияҳои баъдӣ шабакаи миёна истифода шуд.

Валидацияи прототип ва ҷараёни бино то чӣ андоза хуб аст?

Ин валидация сохтори иерархӣ дорад. Таҷрибаи прототипи хурд принсипи дастгоҳи flap-fin ва CFD-и миқёси дастгоҳро; AIJ benchmark бошад майдони миёнаи шамол дар атрофи биноро дастгирӣ мекунад. Худи низоми пуррае, ки ба фасади пурраҳаҷм насб шудааст, таҷрибавӣ тасдиқ нашудааст.

Коэффисиенти суръати маҳаллии шамол

\(C_{U,p}\) беандоза аст. \(U_{local}\) бузургии суръати уфуқии маҳаллии шамол дар мавқеи номзади дастгоҳ; \(U_{ref}\) шамоли қабати сарҳадии атмосфераи вайроннашуда дар ҳамон баландӣ мебошад. \(\theta\) самти шамоли воридшаванда, \(\phi\) мавқеи насб дар атрофи бинои квадратӣ ва \(z\) баландиро ифода мекунад.

Дар ин таҳқиқот \(U_{local}\) бузургии суръати уфуқиест, ки дар нуқтаи мувофиқ ба маркази бодгир, 1,5 m берун аз фасад ва дар баландии насби 12 m ҳисоб шудааст:

Муодилаи (2) нишон медиҳад, ки ҷараёни бино шамоли атмосферии истинодиро дар нуқтаи муайяни фасад то чӣ андоза тез ё суст мекунад.

Чаро ҷавоби дастгоҳ хаттӣ аст?

\(Q\) сарфи ҳаҷмии ҳавои тозаест, ки аз сӯрохии таъминотии тарафи утоқ ворид мешавад. Дар ҳисобҳо воҳиди SI m³/s ва дар графикҳои натиҷа L/s истифода шудааст. \(a\) коэффисиенти ҷавоби дастгоҳ бо воҳиди m² аст.

Барои бодгири ҷудошуда \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\) ва \(R^2=0,9995\) ба даст омадааст. Манбаъ мегӯяд, ки ин нишебӣ аз нишебии тирезаи моделшудаи ба берун кушодашавандаи windward тақрибан 2,44 маротиба зиёдтар аст.

Мувофиқи шарҳи аэродинамикии муаллифон, дар фосилаи адади Reynolds-и санҷидашуда геометрияи собит коэффисиентҳои тақрибан собити фишор ва ҷараёнро нигоҳ медорад, аз ин рӯ фарқи фишор бо \(U_{local}^2\), сарфи ҳаҷмӣ бошад бо решаи квадратии фарқи фишор миқёс мегирад; якҷояшавии ин ду натиҷаи тақрибан \(Q\propto U_{local}\)-ро медиҳад.

Муодилаи пешгӯии байнимиқёсӣ

Муодилаи (4) натиҷаи марказии муҳандисии таҳқиқот мебошад. Пас аз гирифтани \(C_{U,p}\) аз CFD-и танҳо-бинo барои як мавқеъ, сарфи тахминии ҳавои тозаро бе аз нав ҳал кардани геометрияи муфассали flap, канал ва баромади дастгоҳ дар он мавқеъ ҳисоб кардан мумкин аст.

Аммо барои эътибор доштани ин соддасозӣ, \(U_{local}\)-и дар як нуқта ченшуда бояд ҷараёнро дар тамоми сатҳи самараноки вурудии дастгоҳ ба қадри кофӣ ифода кунад. Натиҷаи Case A нишон медиҳад, ки ин фарзия ҳангоми ҷудошавии қавӣ вайрон шуда метавонад.

Як Коэффисиенти Суръати Маҳаллии Шамол Кай Боэътимод Аст?

Мувофиқи натиҷаҳои манбаъ, интиқоли якнуқтагии \(C_{U,p}\) вақте хуб кор мекунад, ки ҷараёни ба вурудии дастгоҳ мерасида аз ҷиҳати фазоӣ нисбатан ҳамвор ё ҳадди ақал аз ҷиҳати самт мутобиқ бошад; дар минтақаҳои дорои ҷудошавии қавӣ, гардиши баръакс ва градиентҳои тез суръат таҳлили майдон-ҳалшуда ё CFD-и пурра пайвастшуда лозим аст.

Таърифи хатои пешгӯӣ

\(\varepsilon_Q\) хатои нисбии дорои аломат мебошад. Қимати мусбат нишон медиҳад, ки усули соддашуда нисбат ба CFD-и пурра пайвастшуда пешгӯии баландтар медиҳад; қимати манфӣ пешгӯии пасттарро нишон медиҳад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Се ҳолати валидацияи пурра пайвастшуда

Чаро Case A ноком шуд?

Дар Case A дастгоҳ зери шамоли 0° дар минтақаи ҷудошуда ва хеле номуназзами ҷараён дар маркази фасад ҷойгир аст. Қимати \(U_{local}=1,24\) m/s, ки аз як нуқта гирифта шудааст, импулси миёнаи масоҳатиро, ки воқеан ба тамоми сатҳи воридшавии дастгоҳ мерасад, ифода карда натавонист.

Усули соддашуда 250,0 L/s пешгӯӣ кард, дар ҳоле ки CFD-и пурра пайвастшуда ҳамагӣ 124,8 L/s дод. Ба ибораи дигар, пешгӯӣ тақрибан ду баробари натиҷаи воқеии пурра пайвастшуда аст. Паёми асосии маҳдудияти таҳқиқот ҳамин аст: суръати баланди маҳаллии нуқта, агар импулси шамол аз фасад ҷудо шуда бошад, ҳатман маънои гирифтани самараноки шамолро надорад.

Чаро Case B хуб кор кард?

Дар Case B, зери шамоли 45° дастгоҳ дар маркази фасади паҳлуӣ ҷойгир аст ва ҷараён нисбатан ҳамвор аст. Бо \(U_{local}=3,08\) m/s ва \(C_{U,p}=0,73\) муодила пешгӯии 620,0 L/s дод; натиҷаи пурра пайвастшуда 611,71 L/s буд. Хатои +%1,36 нишон медиҳад, ки суръати якнуқтагӣ ҷараёни самаранокеро, ки дастгоҳ дар ин режими ҷараён мебинад, хуб ифода мекунад.

Чаро Case C бо вуҷуди дар канор будан хуб кор кард?

Азбаски Case C ба канори бино наздик аст, онро танҳо ҳамчун “мавқеи канорӣ бад аст” тафсир кардан мумкин нест. Дар ин ҳолат, ҳарчанд ҷараён таъсири канорӣ дорад, он ба вурудии дастгоҳ бевосита ва аз ҷиҳати самт мувофиқ бармехӯрад. Пешгӯӣ 460,0 L/s, натиҷаи пурра пайвастшуда 472,0 L/s ва хато −%2,54 аст.

Аз ин рӯ, ҷойи насб набояд танҳо аз рӯи бузургии \(C_{U,p}\) интихоб карда шавад. Манбаъ равиши дуқадамаро пешниҳод мекунад: аввал нуқтаҳои номзад аз рӯи коэффисиенти суръати шамол ва устувории самтӣ тартиб дода шаванд; баъдан самти ҷараёни наздикшаванда ва ҳамвории фазоӣ дар тамоми сатҳи вуруд санҷида шавад.

Механизми фишор дар бодгир

Дар суръати маҳаллии uniform-и воридшавии 10 m/s манбаъ тақрибан 60 Pa фишори динамикӣ гузориш медиҳад. Дар ду сатҳи вуруд тақрибан \(C_p=1,00\) ва 0,50; дар чор сатҳи ихроҷ тақрибан −0,62, −0,63, −0,63 ва −0,57 ёфт шудаанд.

Коэффисиенти миёнаи масоҳатии фишори вуруд тақрибан \(C_{p,in}=0,75\), коэффисиенти баромад \(C_{p,out}=-0,61\) ва фарқ \(\Delta C_p\approx1,36\) аст. Дар суръати маҳаллии 5 m/s фишори миёнаи статикии вуруд 11,18 Pa, баромад −9,70 Pa ва фишори утоқ 0,74 Pa гузориш шудааст.

Ин тартиб дар вуруд минтақаи фишори мусбат ва дар ихроҷ минтақаи фишори манфӣ ба вуҷуд оварда, барои аз вуруд ба утоқ ва аз утоқ ба канали ихроҷ рафтани ҳавои тоза потенсиали фишорро таъмин мекунад.

Шиддати турбулентӣ ҷавоби дастгоҳро то чӣ андоза тағйир дод?

Шиддати турбулентии uniform-и воридшавии дастгоҳи ҷудошуда аз %1 то %30 тағйир дода шуд. Манбаъ гузориш медиҳад, ки дар фосилаи суръати шамоли санҷидашуда сарфи ҳисобшудаи вентилятсия ҳадди аксар тақрибан %3,4 тағйир ёфта, тамоюли хаттии \(Q-U_{local}\) нигоҳ дошта шудааст.

Ин натиҷа маънои “турбулентӣ ҳеҷ гоҳ муҳим нест”-ро надорад. Натиҷа танҳо ба ҳассосияти шиддати турбулентие дахл дорад, ки дар ин симулятсияҳои дастгоҳи ҷудошудаи устувори RANS муайян шудааст. Натиҷаи Case A нишон медиҳад, ки ҷудошавии фазоӣ ва тағйири самт метавонад аз муносибати соддаи суръати якнуқтагӣ хеле муҳимтар бошад.

Сканкунии мавқеъҳои фасад

Коэффисиентҳои маҳаллии шамол дар баландии насби 12 m барои самтҳои воридшавии шамоли 0°, 22,5° ва 45° дар гирди бино гирифта шудаанд. Симметрияи гардиш ва инъикоси бинои квадратӣ имкон медиҳад ин се режими асосии ҷараён ба периметр харита карда шаванд.

Нуқтаҳои наздики кунҷ одатан метавонанд коэффисиенти суръати маҳаллии баландтар аз маркази фасади ҳамвор нишон диҳанд; сабаб тезшавии канорӣ аст. Аммо манбаъ махсус таъкид мекунад, ки бузургии коэффисиент танҳо барои интихоби ҷой кофӣ нест. Агар ба тезшавии кунҷӣ ҷудошавии қавӣ ё гардиши баръакс ҳамроҳ шавад, суръати баланди нуқта метавонад ба дастгоҳ самаранок интиқол наёбад.

Таҷдиди ҳавои дохилӣ чӣ гуна ҳисоб шуд?

Синни миёнаи маҳаллии ҳаво \(\tau\) бо равиши ANSYS Fluent User-Defined Scalar ҳамчун скаляри пассив ҳал шудааст:

\(\tau\) синни миёнаи маҳаллии ҳаво дар сония мебошад. Пас аз ворид шудани ҳавои нав ба утоқ, ҳар қадар он дар дохил бимонад, қимати скаляр зиёд мешавад. Синни пасттари ҳаво маънои онро дорад, ки ҳавои тоза ба нуқта ё буриши дахлдор зудтар мерасад ва ҳавои кӯҳна зудтар иваз мешавад.

\(\Gamma_\tau\) диффузивияти самараноки скаляри синни ҳаво мебошад. Часпакии молекулавӣ \(\mu_l\) ва часпакии турбулентӣ \(\mu_t\) мутаносибан бо ададҳои Schmidt-и ламинарӣ ва турбулентӣ миқёс мешаванд. Дар манбаъ ҳам \(Sc_l\) ва ҳам \(Sc_t\) 0,7 гирифта шудаанд.

Дар масофаҳои гуногун дар тӯли утоқ ҳамвориҳои буриш сохта шуда, синни ҳаво дар ҳамаи нуқтаҳои ҳалли CFD-и ҳар ҳамворӣ миёна гирифта шудааст. Ғайр аз ин, бо истифода аз pathline-ҳое, ки аз вурудии ҳавои тоза раҳо шудаанд, ба ихроҷ бевосита рафтани ҳаво визуалӣ нишон дода шудааст.

ASCD Чӣ Гуна Ҳангоми Каме Кам Кардани Сарф Таҷдиди Ҳаворо Беҳтар Кард?

Азбаски ASCD ҷети ҳавои тозаро аз роҳи кӯтоҳи бевосита ба сӯрохии ихроҷи наздик дур кард, сарфи умумӣ %7,2 кам шуд, вале ҳаво қисми бузургтари утоқро давр зад; ҳамин тавр синни миёнаи ҳавои ҳамвориҳои буриш нисбат ба тиреза %38,0 коҳиш ёфт.

Ҳангоми набудани ASCD бисёр pathline-ҳои дорои вақти сафари кӯтоҳ аз вуруд бевосита ба баромади наздик мераванд. Манбаъ инро кӯтоҳгардии равшани ҳаво тафсир мекунад. Пас аз илова кардани ASCD қисми муҳими хатҳои ба баромад равоншуда дар утоқ тақрибан 20 сония ё бештар боқӣ монда, дар миқёси васеътари утоқ гардиш мекунанд.

Илова шудани ASCD сарфи бодгирро аз 992 L/s ба 920 L/s коҳиш дод. Бо вуҷуди ин синни ҳаво аз 76,55 s ба 69,14 s поён рафт. Ин натиҷа аз ҷиҳати муҳандисӣ муҳим аст: сарфи ҳаҷмии ҳаво ва самаранокии вентилятсия як нишондиҳандаи иҷро нестанд. Ба куҷо рафтани ҳаво, чӣ қадар дар утоқ мондани он ва кӯтоҳгардии ҳавои тоза ба ихроҷ низ муҳиманд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Барои бодгири flap-fin-и ҷудошуда дар фосилаи санҷидашуда байни суръати маҳаллии шамол ва сарфи вентилятсия муносибати тақрибан хаттии хеле қавӣ мавҷуд аст.
• Бо якҷо кардани коэффисиенти ҷавоби дастгоҳ \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\) бо \(C_{U,p}\), ки аз CFD-и танҳо-бинo гирифта шудааст, пешсканкунии зуди мавқеъҳои фасад имконпазир аст.
• Интиқоли якнуқтагии байнимиқёсӣ дар ҷараёни воридшавии нисбатан ҳамвор ё аз ҷиҳати самт мувофиқ бо сатҳи хатои мутлақи %1,36 ва %2,54 кор кардааст.
• Дар ҷудошавии қавӣ ва гардиши баръакс суръати маҳаллии якнуқтагӣ метавонад ҷиддан гумроҳкунанда бошад; дар Case A хато +%100,30 аст.
• Тарҳи flap-fin метавонад бо нигоҳ доштани роҳи самтноки таъминот–ихроҷ дар утоқи яктарафа ҷараёни муназзами ҳаво ба вуҷуд оварад.
• Гарчанде ASCD сарфи умумиро каме коҳиш дод, он кӯтоҳгардии ҳаворо кам карда, таҷдиди ҳаворо дар миқёси утоқ беҳтар кард.
• Чорчӯбаи манбаъ ба ҷойи CFD-и гароне, ки дар ҳар мавқеи номзад геометрияи пурраи дастгоҳ ҳал мешавад, барои режимҳои мувофиқи ҷараён усули пешсканкунии дуқадамӣ пешниҳод мекунад.

Умумисозиҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• Таҳқиқот нишон намедиҳад, ки низоми фасади пурраҳаҷм дар бинои баланди воқеӣ таҷрибавӣ тасдиқ шудааст.
• Натиҷаҳои CFD-и устувор ва изотермӣ ҳамаи шароити шамоли ногаҳонӣ, gust, thermal buoyancy ва устувории атмосфераи табииро фаро намегиранд.
• Аз ин таҳқиқот сарфаи воқеии солонаи энергияи бино, масрафи энергияи HVAC ё коҳиши карбон ҳисоб карда намешавад.
• Наметавон хулоса кард, ки ASCD дар ҳамаи геометрияҳои утоқ %38 коҳиши синни ҳаворо таъмин мекунад.
• Коэффисиенти \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\) наметавонад ҳамчун собити универсалӣ ба дигар геометрияҳои бодгир татбиқ шавад.
• Пойгоҳи маълумоти коэффисиентҳои 0°, 22,5° ва 45° барои геометрияҳои номунтазами бино ё морфологияҳои воқеии шаҳр бевосита кофӣ нест.
• Натиҷаи Case C маънои онро надорад, ки “ҳама кунҷҳои бино ҷойи мувофиқи насбанд”; мутобиқати самтии ҷараёни канорӣ бояд алоҳида санҷида шавад.
• Модели RANS transient vortex dynamics ва ҳаракати flap-и вобаста ба вақтро бевосита ҳал намекунад.

Маҳдудиятҳои асосӣ ва самтҳои кори оянда

Манбаъ ошкоро мегӯяд, ки пойгоҳи маълумоти коэффисиентҳо бо бинои ҷудошудаи буриши квадратӣ, се кунҷи шамоли воридшаванда, атмосфераи нейтралӣ, ҷараёни изотермӣ ва устувор маҳдуд аст. Биноҳои номунтазам, сохторҳои атроф, морфологияи воқеии шаҳр, қабатбандии атмосфераи non-neutral ва шамоли transient бояд алоҳида омӯхта шаванд.

Кушодаву пӯшидашавии динамикии flap-ҳо дар вақти воқеӣ дар CFD-и устувори мавҷуда модел нашудааст. Азбаски дар таҷрибаҳои қаблӣ мушоҳида шудааст, ки қанотҳои сабук дар суръатҳои паст зуд ба мавқеи механикии кушодаи худ мерасанд ва гузариши мобайнӣ дар фосилаи танги суръат рух медиҳад, flap-ҳо бо ҳолатҳои собити кушода/пӯшида ифода шудаанд.

Барои низоми пурраҳаҷм анкеркунии сохторӣ, дренажи об, садои муҳити беруна ва қанот, бехатарии оташ/дуд, басташавӣ дар шамоли баланд ва талафоти иловагии фишор аз филтр ё ҷузъҳои барқарорсозии гармӣ ҳанӯз валидацияҳои тарҳии ҳалшуда нестанд; манбаъ онҳоро ҳамчун мавзӯъҳои рушди муҳандисӣ номбар мекунад.

Манбаъ инчунин валидацияи таҷрибавии низоми фасади пурраҳаҷм, шароити воридшавии transient, ҳаракати динамикии flap ва моделсозии дақиқтарро дар байни мавзӯъҳои кори оянда нишон медиҳад.

Аз ҷиҳати татбиқ ин чӣ маъно дорад?

Саҳми қавитарини амалии таҳқиқот рақами универсалии иҷро дар шакли “ин дастгоҳ дар ҳар фасад ҳамин қадар ҳаво медиҳад” нест. Саҳм пешниҳоди усули пешсканкунӣ бо огоҳӣ аз режими ҷараён мебошад, ки метавонад нуқтаҳои насби фасадро бо хароҷоти камтари ҳисоббарорӣ тартиб диҳад.

Дар марҳилаи аввал бо CFD-и танҳо-бинo ё баҳодиҳии дигари тасдиқшудаи шамоли шаҳр коэффисиентҳои маҳаллии шамоли мавқеъҳои номзад гирифта мешаванд. Дар марҳилаи дуюм нуқтаҳои дорои коэффисиенти баланд на танҳо аз рӯи бузургии суръат, балки аз рӯи устувории самтии ҷараёни наздикшаванда ва ҳамвории фазоӣ санҷида мешаванд. Минтақаҳои ҷудошуда ё гардиши баръакс дошта хориҷ мешаванд ё ба CFD-и махсуси пурра пайвастшуда фиристода мешаванд.

Ин равиш метавонад дар оянда барои роҳи ҳавои тозаи самташ идорашаванда асоси аэродинамикӣ диҳад, ки бо ҷузъҳои коркарди ҳавои камэнергия, аз қабили барқарорсозии гармӣ, филтркунӣ ё evaporative cooling, якҷо карда мешавад. Аммо талафоти воқеии фишор ва иҷрои энергетикии ин ҷузъҳо дар доираи ин таҳқиқот чен нашудаанд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

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

Муаллифон — PDF-и боршуда: Jiaxiang Li; Yongfei Zhao; Bingchao Zhang; Sirui Wu; John Calautit; Cruz Y. Li; Yukio Tamura.

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

Саҳми баробар: Дар PDF-и манбаъ изҳороти саҳми баробар/ҳаммуаллифи аввал ошкор нашудааст.

Аффилиатсияҳо: 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.

Навъи манбаъ: Таҳқиқоти ададии муҳандисӣ бар асоси CFD; preprint, ки бо валидацияи таҷрибавии прототипи қаблӣ ва benchmark дастгирӣ мешавад.

Вазъи ҳамгароӣ: PDF ошкоро маълумоти “This preprint research paper has not been peer reviewed”-ро дорад; версияи санҷидашуда аз ҳамгароӣ нагузаштааст.

Платформа: SSRN.

Рақами SSRN abstract: 7624358.

DOI: 10.2139/ssrn.7624358.

Санаи ҷойгиркунии SSRN: 17 Октябр 2026.

Маҷалла / ҷилд / шумора: Файли санҷидашуда version of record-и маҷалла нест; маълумоти маҷалла, ҷилд ва шумора барои ин preprint татбиқ намешавад.

Пайванди расмӣ: https://ssrn.com/abstract=7624358

Фарқи сабти библиографӣ: PDF-и боршуда номҳои Yongfei Zhao ва John Calautit-ро дар ҳамин шакл медиҳад. Сабти метаи веби SSRN ҳамон шахсонро ҳамчун “Yong Fei Zhao” ва “John Calautite” нишон медиҳад. Дар ин мақолаи Verianla шакли навишти муаллифон дар PDF-и боршуда асос гирифта шудааст; фарқ пинҳон нашудааст.

Литсензия: Дар PDF-и боршуда ва сабти библиографии тасдиқшудаи SSRN литсензияи Creative Commons, ки истифодаи дубораи расмҳои мақоларо ошкоро иҷозат диҳад, ошкор нашудааст. Аз ин рӯ тасвирҳои CFD-и манбаъ, аксҳои прототип ва тарҳҳои графикӣ нусхабардорӣ нашудаанд; муносибатҳои илмӣ бо HTML/SVG ва ҷадвалҳои мустақил аз нав баён шудаанд.

Нармафзор: ANSYS Fluent 2025 R1.

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

Фарзияҳои асосӣ: Ҳавои фишурданашаванда, ҷараёни изотермӣ, муодилаи энергия ҳал нашудааст, buoyancy дохил нашудааст, воридшавии устувор, сатҳҳои сахти no-slip.

Ҳамгароӣ: Барои ҷузъҳои суръат \(10^{-4}\); барои пайвастагӣ, \(k\) ва \(\varepsilon\) \(10^{-3}\); илова бар ин, шарти он ки сарфи таъминот дар итератсияҳои иловагӣ тағйироти системавӣ нишон надиҳад.

Қабати сарҳадии атмосфера: \(U_{ref}=4,257\ \mathrm{m/s}\) @ 12 m; \(k_{ref}=0,7115\ \mathrm{m^2/s^2}\); \(\alpha=0,232\); суръати воридшавӣ дар баландии 24 m 5,0 m/s.

Бинои истинодии пурраҳаҷм: 12 m × 12 m × 24 m; интиқоли миқёси 150-маротибаи геометрияи модели AIJ.

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

Самтҳои шамоли воридшаванда: дар харитасозии фасади танҳо-бинo 0°, 22,5° ва 45°.

Асоси таҷрибавии прототип: Прототипи қаблии хурди flap-fin дар нақби боди кушод ва таҷрибаи муҳити беруна дар кампуси University of Nottingham санҷида шудааст. Ин маълумот дар ин мақола иҷрои мустақими таҷрибавии низоми фасади пурраҳаҷм нест.

Дастрасии маълумот: Гуфта шудааст, ки маълумоти дастгиркунандаи бозёфтҳои таҳқиқотро бо дархости асоснок аз муаллифи масъул гирифтан мумкин аст.

Маблағгузорӣ: 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 / саҳмҳои муаллифон: Дар PDF-и боршуда CRediT authorship contribution statement-и алоҳида ошкор нашудааст.

Тазоди манфиатҳо: Дар PDF-и боршуда изҳороти алоҳида ва ошкори competing interests / conflict of interest ошкор нашудааст. Аз ин рӯ изҳороти дар манбаъ набудаи “тазоди манфиатҳо вуҷуд надорад” илова нашудааст.

Ҳадди асосии методологӣ: Конфигуратсияи фасади пурраҳаҷм дар шароити CFD-и бинои квадратии ҷудошуда, атмосфераи нейтралӣ, ҷараёни устувор ва изотермӣ арзёбӣ шудааст. Таҷрибаи воқеии бинои пурраҳаҷм, thermal buoyancy, атмосфераи non-neutral, таъсири биноҳои атроф, сохторҳои transient gust/vortex ва ҳаракати динамикии flap дар ин таҳқиқот тасдиқ нашудаанд.

Мутобиқати Verianla Live / Live Figure: Қисман мувофиқ аст. Ҷараёни ABL-и истинодӣ → шамоли маҳаллии фасад → ҷавоби дастгоҳ → сарфи пешгӯишуда ҳамчун аниматсияи source-derived-и раванди параметрҳояш собит мувофиқ аст. Натиҷаҳои манбаи A/B/C низ метавонанд ҳамчун муқоисаи source-faithful аниматсия шаванд. Ба корбар набояд иҷозат дода шавад, ки бо тағйир додани параметрҳои физикӣ натиҷаи нави CFD ҳосил кунад.