基於淡江大學新工學館大樓考量室內的採光設計，於中庭頂樓有透天窗戶之設置，使得大樓內部光線充足，但也因此在炎熱的夏季裡，較高之樓層普遍有悶熱的跡象，以模擬此現象為本研究之主要目的，並希望能加以改善且達到節約能源之效果。
    綜觀相關之建築內部流場研究，研究主題由室內空調氣流流動情況、室內採光設計、建築物開口處外部遮陽系統、建築物可變開口模式的自然通風、強制通風以及內部通風路徑等，但對於太陽輻射熱在建築內部流場之影響的相關研究較少，因此本數值研究以此作為主軸，數值模擬問題為輔進行相關探討。
    本研究利用模擬對象在不同開口位置與大小的情況下，分別對數值模擬中不同計算區域、不同紊流模式以及不同網格數之比較依序討論，並以實驗數據加以驗證，了解各參數之間相互影響關係，另外針對數值模擬與真實情況之差異性加以討論，以期找出本模擬問題之最佳模擬方式。前處理器：Pro-E、ICEM-CFD。求解器：商用計算軟體FLUENT。後處理器：Tecplot

Due to the need for interior day-lighting in the New Engineering Building of Tamkang University, a translucent window is placed on top of the courtyard garret. It allows sufficient natural light to come into the building, but a large amount of heat is also brought in at the same time by the sun light, especially in the summer. This radiation heat causes an unpleasantly high temperature in the upper floors. The objective of this research is to numerically simulate this ventilation problem and also trying to improve it.
    Most building ventilation researches study interior air circulation, interior day light adoption, thermal effects of shading device in buildings, natural and force ventilation efficiency of the separate open model on buildings, the interior ventilation path, and so on. The influence of solar radiation on the ventilation and temperature inside a building is much less investigated.
    We used a commercial software, FLUENT, to study the effects of the size and location of the ventilation openings on the flow field and temperature inside the building. We used a CAD package PRO/E to construct, from simple to complex, three building models. We compared the results from these three models. We also studied the effects of different turbulence models on the numerical results. Finally the numerical results were compared with measured data and the correlations were discussed. Pre-processor: Pro-E, ICEM-CFD. Solver: FLUENT. Post-processor: Tecplot.

目錄

第一章    緒論
第一節  研究動機與目的................1
1.1-1  研究動機.......................1
1.1-2  研究目的.......................3
第二節  研究方法......................4
第三節  文獻回顧......................5
1.3-1  文獻回顧大綱...................5
1.3-2	實驗分析方法.................6
1.3-3	數值分析方法.................6
1.3-4	建築模擬研究.................8
第二章    大樓建築氣流環境模擬模型
第一節  大樓內部氣流環境分析.........12
2.1-1  氣流形成原因..................12
2.1-2  建築物對氣流的影響............13
第二節  大樓建築模型之建構...........15
2.2-1	大樓建築模型建構方式........15
2.2-2	各樓層設計平面圖介紹........16
第三節  氣流環境影響因素之探討.......20
第三章    電腦數值模擬介紹
第一節   流體力學概述................22
第二節  多維流體基本統御方程式.......26
第三節  電腦模擬探討.................29
3.3-1	模擬流程介紹................29
3.3-2	電腦模擬流場簡介............30
3.3-3	FLUENT相關紊流模式理論介紹..31
3.3-4	FLUENT相關熱傳模式理論介紹..38
第四章   大樓通風模擬探討與分析
第一節  問題分析之建構...............40
4.1-1   概述.........................40
4.1-2  流況分析......................41
4.1-3  邊界條件分析..................42
第二節  問題探討之流程...............43
4.2-1  計算區域之探討................43
4.2-2  紊流模式之探討................48
4.2-3  計算區域網格之探討............52
第三節  模擬結果分析.................52
4.3-1  計算區域之結果分析............52
4.3-2  紊流模式之結果分析............71
4.3-3  計算區域網格之結果分析........98
第五章    結論與建議
第一節  結論........................103
5.1-1  自然通風與強制通風...........103
5.1-2  數值探討.....................104
第二節  建議........................105

參考文獻............................106

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圖目錄

圖2-2-1  新工學館大樓立體展示圖 ....................... 15
圖2-2-2  新工學館大樓三樓平面圖 ....................... 16
圖2-2-3  新工學館大樓四樓平面圖 ....................... 17
圖2-2-4  新工學館大樓五樓平面圖 ....................... 17
圖2-2-5  新工學館大樓六樓平面圖 ....................... 18
圖2-2-6  新工學館大樓七樓平面圖 ....................... 18
圖2-2-7  新工學館大樓八樓平面圖 ....................... 19
圖2-2-8  新工學館大樓屋頂層平面圖 ..................... 19
圖4-2-1  模型一計算區域展示圖 ......................... 45
圖4-2-2  模型二計算區域展示圖 ..........................46
圖4-2-3  模型三計算區域展示圖 ..........................47
圖4-2-4  抽風位置圖 ................................... 49
圖4-2-5  側向開口位置圖 ................................50
圖4-2-6  抽風處自然開口位置圖 ..........................51
圖4-3-1  三樓平面說明圖 ................................55
圖4-3-2  Y方向速度之速度趨勢(X：17.5公尺，抽風) ........55
圖4-3-3  溫度趨勢(X：17.5公尺，抽風) ...................56
圖4-3-4  Y方向速度之速度趨勢(X：29.9公尺，抽風) ........57
圖4-3-5  溫度趨勢(X：29.9公尺，抽風) ...................58
圖4-3-6  Y方向速度之速度趨勢(X：17.5公尺，側向開口) ....61
圖4-3-7  溫度趨勢(X：17.5公尺，側向開口) ...............62
圖4-3-8  Y方向速度之速度趨勢(X：29.9公尺，側向開口) ....63
圖4-3-9  溫度趨勢(X：29.9公尺，側向開口) ...............64
圖4-3-10  Y方向速度之速度趨勢(X：17.5公尺，
          抽風處自然開口) ..............................67
圖4-3-11  溫度趨勢(X：17.5公尺，抽風處自然開口)  .......68
圖4-3-12  Y方向速度之速度趨勢(X：29.9公尺，
          抽風處自然開口) ..............................69
圖4-3-13  溫度趨勢(X：29.9公尺，抽風處自然開口) ........70
圖4-3-14  太陽入射角度為45度時，Y方向速度之速度趨勢
          (X：17.5公尺，抽風) ..........................74
圖4-3-15  太陽入射角度為60度時，Y方向速度之速度趨勢
          (X：17.5公尺，抽風) ..........................75
圖4-3-16  太陽入射角度為45度時之溫度趨勢
          (X：17.5公尺，抽風) ..........................76
圖4-3-17  太陽入射角度為60度時之溫度趨勢
          (X：17.5公尺，抽風) ..........................77
圖4-3-18  SST k-w紊流模式模擬太陽入射角度為45度時
          之溫度分布(Y：19公尺，抽風) ..................78
圖4-3-19  SST k-w紊流模式模擬太陽入射角度為60度時
          之溫度分布(Y：19公尺，抽風) ..................79
圖4-3-20  太陽入射角度為45度時，Y方向速度之速度趨勢
          (X：17.5公尺，側向開口) ......................83
圖4-3-21  太陽入射角度為60度時，Y方向速度之速度趨勢
          (X：17.5公尺，側向開口) ......................84
圖4-3-22  太陽入射角度為45度時之溫度趨勢
          (X：17.5公尺，側向開口) ......................85
圖4-3-23  太陽入射角度為60度時之溫度趨勢
          (X：17.5公尺，側向開口) ......................86
圖4-3-24  SST k-w紊流模式模擬太陽入射角度為45度時
          之溫度分布(Y：19公尺，側向開口) ..............87
圖4-3-25  SST k-w紊流模式模擬太陽入射角度為60度時
          之溫度分布(Y：19公尺，側向開口) ..............88
圖4-3-26  太陽入射角度為45度時，Y方向速度之速度趨勢
          (X：17.5公尺，抽風處自然開口) ................92

圖4-3-27  太陽入射角度為60度時，Y方向速度之速度趨勢
          (X：17.5公尺，抽風處自然開口) ................93
圖4-3-28  太陽入射角度為45度時之溫度趨勢
          (X：17.5公尺，抽風處自然開口) ................94
圖4-3-29  太陽入射角度為60度時之溫度趨勢
          (X：17.5公尺，抽風處自然開口) ................95
圖4-3-30  R-S model紊流模式模擬太陽入射角度為45度時
          之溫度分布(Y：19公尺，抽風處自然開口) ........96
圖4-3-31  R-S model紊流模式模擬太陽入射角度為45度時
          之溫度分布(Y：19公尺，抽風處自然開口) ........97
圖4-3-32  不同網格數之Y方向速度比較
(X：17.5公尺，抽風) ...................................100
圖4-3-33  不同網格數之溫度比較
          (X：17.5公尺，抽風) .........................101
圖4-3-34  SST k-w紊流模式模擬(900,000網格數)太陽入射角度
          為45度時之溫度分布(Y：19公尺，抽風) .........102


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表目錄

表1-1  研究方法 .........................................4
表3-1  模擬流程 ........................................29
表4-1  流況與雷諾數(Re)之關係(流體流經平板) ........... 41
表4-2  流況與雷諾數(Re)之關係(流體流入管內) ........... 42
表4-3  抽風相關已知條件 ................................54
表4-4  抽風相關模擬結果 ................................54
表4-5  側向開口相關已知條件 ............................59
表4-6  側向開口相關模擬結果 ............................60
表4-7  抽風處自然開口相關已知條件 ..................... 65
表4-8  抽風處自然開口相關模擬結果 ..................... 66
表4-9  太陽入射角度為45度時抽風之相關模擬結果 ..........72
表4-10 太陽入射角度為60度時抽風之相關模擬結果 ......... 73
表4-11 太陽入射角度為45度時側向開口之相關模擬結果 ..... 81
表4-12 太陽入射角度為60度時側向開口之相關模擬結果 ......82
表4-13 太陽入射角度為45度時抽風處自然開口之
       相關模擬結果 ....................................90
表4-14 太陽入射角度為60度時抽風處自然開口之
       相關模擬結果 ....................................91
表4-15 抽風之相關模擬結果(不同網格數) ..................99

參考文獻

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