面对能源危机和环境污染的双重挑战,现今世界各国都在积极开发和利用可再生能源来实现建筑节能。太阳能烟囱就是利用太阳能和风能来强化室内自然通风,从而实现室内降温或采暖的需要,是建筑围护结构节能的有效途径,并已成为节能建筑研究中的一个热点。对实际的太阳能烟囱,不可避免地会受到风力的影响,热压和风压的相互增益和削弱规律对系统总体性能的影响至关重要。鉴于此,本文对风压与热压共同作用下的太阳能烟囱自然通风技术进行了理论分析;建立综合考虑辐射、对流和导热的屋顶式太阳能烟囱数理模型;开展了风压和热压耦合作用下的屋顶式太阳能烟囱强化自然通风性能的数值模拟;同时,提出设置多孔吸热板的双通道新型结构,并对其性能进行了研究和分析。主要内容和研究结果具体如下:(1)建立了综合考虑屋顶式太阳能烟囱内部辐射、对流和导热的数学和物理模型,确定了可以准确考虑风压作用的计算区域,生成了包括室外风场及屋顶式太阳能烟囱在内的复杂计算网格。(2)在建立的数理模型的基础上,开展了考虑风压和热压耦合作用的三维数值模拟仿真,数值仿真结果与文献实验结果进行了对比;对屋顶式太阳能烟囱的通风性能的影响因素(宽度、长度、角度以及室外风速和太阳辐射)进行了研究和分析;获得了详细的温度场和速度分布,揭示了屋顶式太阳能烟囱的风热压耦合机理。(3)结果表明,在一定的太阳辐射强度和室外风速下,屋顶式太阳能烟囱通风量随着宽度、角度和长度的增大而增大;宽度越大,通风量增长幅度减小,在室外风速为0.5m/s的工况下,太阳能烟囱的宽度从0.3m变化到0.9m时,通风量的增长幅度随宽度的增加从20%减小到11%;在室外风速较小时,角度对屋顶式太阳能烟囱通风量的影响更为明显。(4)在本文研究的几何参数和操作条件下,热压对通道内通风量起主导作用,当Ra数较小时,热传导占主要地位,Ra数较大时,对流换热占主要地位;室外风压对屋顶式太阳能烟囱的通风性能有增益作用,当室外风速由Om/s变化到2m/s,其通风量增长幅度由3.4%增大到28.2%。(5)提出了内插多孔板的双通道屋顶式太阳能烟囱的优化结构形式,即通过在烟囱通道中间设置涂有吸热材料的多孔板,形成双通道的优化结构形式。通过三维数值模拟,对其局部特性进行了分析和研究,结果表明,太阳能烟囱中间设置多孔板,使得烟囱内形成了两个通道,对通道中部起到了加热作用,增强了通道中间的热扰动,促进了通道内的气流速度,使得烟囱通道内的自然通风能力得到进一步增强。(6)计算结果表明,内插多孔板的优化结构在风热压耦合作用下,风压对热压有增益的作用;在屋顶式太阳能烟囱宽度和角度较大的情况下,内插多孔板的优化结构对通风效果的改善更为明显;吸热孔板开孔率为63%时,优化结构的太阳能烟囱内通风量比未优化结构提高了 57%。