Fasada quraşdırılan flap-fin lamelli külək tutucu (façade-mounted flap-fin louver windcatcher), küləyin yaratdığı təzyiq fərqlərindən istifadə etməklə otaqda çöldən təmiz hava girişini və egzoz çıxışını passiv flap qanadcıqları vasitəsilə istiqamətləndirməyi nəzərdə tutan təbii ventilyasiya sistemidir. Bu tədqiqat hündür binanın atmosfer sərhəd təbəqəsindəki istinad küləyini bina ətrafında yaranan yerli fasad küləyi ilə, oradan isə külək tutucunun ventilyasiya sərfi ilə əlaqələndirən çarpaz-miqyaslı ədədi proqnozlaşdırma çərçivəsi hazırlayır. Tədqiqat ANSYS Fluent 2025 R1 ilə aparılmış sabit RANS CFD simulyasiyalarını, əvvəllər eksperimental olaraq təsdiqlənmiş kiçik miqyaslı flap-fin iş prinsipini, AIJ Case A bina-axın validasiyasını və üç tam əlaqələndirilmiş bina–külək tutucu CFD halını birlikdə istifadə edir.

İzolyasiya olunmuş cihaz simulyasiyalarında yerli üfüqi külək sürəti \(U_{local}\) ilə təmiz hava təchizatı sərfi \(Q\) arasında təxminən xətti \(Q=aU_{local}\) əlaqəsi əldə edilmiş və külək tutucu üçün \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\), başlanğıcdan keçən xətti uyğunlaşma üçün isə \(R^2=0,9995\) tapılmışdır. Bu əmsal yalnız-bina CFD modelindən alınan ölçüsüz yerli külək sürəti əmsalı \(C_{U,p}\) ilə birləşdirilərək hər namizəd fasad mövqeyi üçün tam cihaz həndəsəsini yenidən həll etmədən \(Q_{pred}=aC_{U,p}U_{ref}\) formasında ilkin proqnoz verməyə imkan yaradır.

Lakin metod bütün fasad axını rejimlərində eyni dəqiqliklə işləməmişdir. Nisbətən hamar yan axının olduğu Case B-də proqnoz 620,0 L/s, tam əlaqələndirilmiş CFD nəticəsi 611,71 L/s olmuş və xəta +%1,36 hesablanmışdır. İstiqamət baxımından uyğun kənar vurmasının olduğu Case C-də proqnoz 460,0 L/s, tam əlaqələndirilmiş nəticə 472,0 L/s, xəta isə −%2,54 olmuşdur. Buna qarşı güclü ayrılma və məkan üzrə çox qeyri-bərabər axının olduğu Case A-da tək nöqtədən götürülən yerli sürət faktiki giriş sahəsinə çatan effektiv impulsu təmsil edə bilməmiş; proqnoz 250,0 L/s olduğu halda tam əlaqələndirilmiş nəticə yalnız 124,80 L/s olmuş və xəta +%100,30-a yüksəlmişdir.

Daxili havanın yenilənməsi CFD analizində eyni xarici mühit külək sürəti olan 5 m/s altında, tədqiq edilən kəsik müstəvilərinin orta yerli hava yaşı xaricə açılan pəncərədə 111,51 s, külək tutucuda 76,55 s və anti-short-circuiting device (ASCD) olan külək tutucuda 69,14 s olmuşdur. ASCD külək tutucunun sərfini 992 L/s-dən 920 L/s-ə, yəni %7,2 azaltdığı halda, təmiz havanın birbaşa yaxınlıqdakı egzoza qaçmasını məhdudlaşdırmış və otağın içinə daha çox nüfuz etməsini təmin etmişdir. Pəncərə ilə müqayisədə orta hava yaşı külək tutucuda %31,4, ASCD-li külək tutucuda isə %38,0 azalmışdır.

Bu nəticələr tam miqyaslı hündür binada sahə uğuru kimi şərh edilməməlidir. Tam miqyaslı fasad sistemi bu məqalədə CFD ilə qiymətləndirilmişdir. Eksperimental dayaq əvvəlki kiçik miqyaslı flap-fin prototipinə aid külək tuneli və açıq mühit ölçmələridir. Mənbə tam miqyaslı fasada quraşdırılan konfiqurasiyanın eksperimental təsdiqini gələcək tədqiqat işi kimi saxlayır.

Tədqiqat problemi niyə yalnız pəncərəni açmaqdan ibarət deyil?

Birtərəfli təbii ventilyasiyada otağın xarici mühitlə əlaqəsi yalnız bir fasad üzərindədir. Bu vəziyyət çarpaz ventilyasiyada olduğu kimi iki ayrı fasad arasında sabit təzyiq fərqindən istifadəni çətinləşdirir. Hündür binalarda problem daha mürəkkəbdir; çünki binaya yaxınlaşan atmosfer küləyi ilə pəncərə və ya külək tutucunun faktiki gördüyü yerli külək eyni deyil. Bina fasadında durğunluq zonası, kənar sürətlənməsi, axının ayrılması, yenidən birləşmə və iz zonası resirkulyasiyası yarana bilər.

Tədqiqatçıların həll etməyə çalışdığı əsas mühəndislik problemi budur: hər mümkün fasad mövqeyində yüksək ayırdetməli tam əlaqələndirilmiş bina + cihaz CFD modelini işlətmək hesablama baxımından bahadır. Digər tərəfdən yalnız sərbəst atmosfer küləyinin sürətindən istifadə yerli bina aerodinamikasını nəzərə almır. Tədqiqat bu iki uc arasında modul metod təklif edir.

Çarpaz-Miqyaslı Proqnozlaşdırma Metodu Necə İşləyir?

Metod əvvəlcə cihazdan asılı olmayan bina CFD-si ilə namizəd fasad nöqtəsindəki yerli külək sürətini istinad atmosfer küləyinə nisbətləndirir; daha sonra izolyasiya olunmuş cihaz CFD-sindən alınan \(Q=aU_{local}\) cavabını bu yerli sürətlə birləşdirərək tam cihaz həndəsəsini hər mövqedə həll etmədən proqnozlaşdırılan ventilyasiya sərfini yaradır.

Flap-fin sistemi fiziki olaraq necə işləyir?

Flap qanadcıqları passiv çek-klapanabənzər elementlər kimi işləyir. Külək alan açıqlıqlarda müsbət təzyiq yarandıqda müvafiq qanadcıqlar təmiz hava girişi istiqamətində açılır. Daha aşağı xarici təzyiqə malik leeward açıqlıqlar isə əks axını məhdudlaşdıracaq şəkildə fərqli vəziyyətdə qalır və digər açıqlıqlar egzoz yolunu təşkil edir.

Cihaz fasaddan xaricə doğru çıxıntı etdiyi üçün bina səthinin dərhal yanındakı yerli külək mənbəyini tutmağa çalışır. Otaq xarici mühitlə yalnız bu külək tutucu vasitəsilə əlaqəli olduğundan sistemin əsas hərəkətverici qüvvəsi müxtəlif bina fasadları arasındakı təzyiq fərqi deyil, külək tutucunun giriş və egzoz səthləri arasında cihazın özünün yaratdığı təzyiq fərqidir.

Simulyasiya edilmiş iş vəziyyətində giriş flap qanadlarının bir hissəsi 60°, digərləri 75° açıq; bütün çıxış flapları isə 75° açıq müəyyən edilmişdir. Mənbə giriş flaplarının hamısının 75° bucağa çata bilməməsini əvvəlki eksperimentlərdə qonşu qanadların bir-birinə toxunması ilə əlaqələndirir. Buna görə 60°–75° aralığı estetik model seçimi deyil, mexaniki olaraq müşahidə edilmiş açılma sərhədinin təmsili kimi istifadə olunmuşdur.

Otağın və cihazın əsas həndəsəsi

Tədqiqatda istifadə olunan otağın ölçüləri 5 m × 5 m × 3 m-dir. Hər külək tutucu açıqlığı 175 mm × 280 mm-dir. Sistem xarici flap-fin vahidini, otağa bağlı ayrıca təchizat kanalını və geri dönüş/egzoz yolunu ehtiva edir. Daxili hava yenilənməsi analizində əlavə olaraq təmiz təchizat havasının yaxınlıqdakı egzoza birbaşa qısa qapanma etməsinin qarşısını almağı nəzərdə tutan anti-short-circuiting device (ASCD) qiymətləndirilmişdir.

Niyə altı ayrı simulyasiya qrupu istifadə edildi?

Ədədi model hansı fərziyyələr altında işləyir?

Simulyasiyalar ANSYS Fluent 2025 R1 istifadə olunmaqla aparılmışdır. Təzyiq əsaslı, sabit vəziyyət Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) həlledicisi tətbiq edilmişdir. Hava sıxılmayan və izotermal qəbul edilmişdir. Enerji tənliyi həll edilməmiş, qaldırma/buoyancy təsirləri daxil edilməmişdir.

Turbulentlik üçün standard \(k-\varepsilon\) modeli və standard wall functions istifadə edilmişdir. Təzyiq-sürət əlaqələndirilməsində SIMPLE alqoritmi; impuls, turbulent kinetik enerji və turbulent dissipation dərəcəsində second-order upwind diskretləşdirmə tətbiq edilmişdir. Bina, döşəmə, otaq divarları, kanallar və flap səthləri no-slip divar kimi müəyyən edilmişdir.

Üç sürət komponenti üçün qalıq yaxınlaşma meyarı \(10^{-4}\); davamlılıq, \(k\) və \(\varepsilon\) üçün \(10^{-3}\)-dür. Bu hədlər ödəndikdən sonra izlənilən təchizat sərfinin əlavə iterasiyalarda sistematik dəyişiklik göstərməməsi də həllin qəbul şərti kimi istifadə edilmişdir.

RANS tənlikləri

Tənlik (B1), sıxılmayan axın üçün davamlılıq tənliyidir. \(u_i\) orta sürət komponentini, \(x_i\) məkan koordinatını göstərir. Tənlik davamlı axın sahəsində kütlənin itmədiyini və ya öz-özünə yaranmadığını ifadə edir.

Tənlik (B2), sabit RANS impuls tənliyidir. \(\rho\) hava sıxlığı, \(p\) orta statik təzyiq, \(\mu\) molekulyar dinamik özlülük və \(\mu_t\) turbulent eddy özlülüyüdür. Sol tərəf orta axının impuls daşımasını; sağ tərəf isə təzyiq qradiyentini və özlü/turbulent impuls ötürülməsini təmsil edir.

Standard \(k-\varepsilon\) modelində turbulent özlülük \(k\) turbulent kinetik enerji və \(\varepsilon\) dissipation dərəcəsi ilə modelləşdirilir. Mənbə \(C_\mu=0,09\) istifadə etmişdir.

Bu iki tənlik turbulent kinetik enerjinin yaranma, daşınma, diffuziya və dissipation tarazlığını bağlayır. Mənbədə \(C_{1\varepsilon}=1,44\), \(C_{2\varepsilon}=1,92\), \(\sigma_k=1,0\) və \(\sigma_\varepsilon=1,3\) istifadə edilmişdir.

Təzyiq əmsalı nəyi göstərir?

\(C_p\), səth statik təzyiq fərqini giriş axınının dinamik təzyiqinə görə ölçüsüzləşdirir. İzolyasiya olunmuş cihaz simulyasiyalarında \(p_{ref}=0\) götürülmüşdür. Beləliklə, müxtəlif külək sürətlərində səthlərin təzyiq yaratma və ya sorma qabiliyyəti eyni miqyasda müqayisə edilə bilər.

Atmosfer sərhəd təbəqəsinin giriş profili

Tam miqyaslı bina simulyasiyasında \(b=12\) m külək tutucunun quraşdırma hündürlüyündə istinad səviyyəsidir. \(U_{ref}=4,257\ \mathrm{m\,s^{-1}}\), \(k_{ref}=0,7115\ \mathrm{m^2\,s^{-2}}\) və qüvvət qanunu üstü \(\alpha=0,232\)-dir. Bu profil 24 m bina hündürlüyündə 5,0 m/s giriş sürəti yaradır.

Turbulent dissipation dərəcəsi \(k\)-dan yerli tarazlıq yanaşması ilə hesablanmışdır. \(L_{model}\), turbulentlik uzunluq miqyasıdır; model miqyaslı validasiyada 0,032 m, tam miqyaslı simulyasiyalarda 4,8 m istifadə edilmişdir.

Bina miqyası necə böyüdüldü?

AIJ Case A benchmark binası 0,08 m × 0,08 m × 0,16 m ölçülərindən həndəsi olaraq 150 dəfə böyüdülərək 12 m × 12 m × 24 m tam miqyaslı istinad binasına çevrilmişdir. Mənbə bu ötürülmənin ölçüsüz bina həndəsəsini, atmosfer sərhəd təbəqəsi profil formasını və nümunə götürmə mövqelərini qoruduğunu bildirir.

Tam miqyaslı hesablama sahəsi 252 m × 144 m × 486 m-dir. Tədqiqatın yanaşması kifayət qədər yüksək Reynolds ədədində iti kənarlı bluff-body orta axın quruluşunun Reynolds ədədinə nisbətən zəif həssaslıq göstərməsi fərziyyəsinə əsaslanır.

Şəbəkə həssaslığı necə yoxlanıldı?

Külək tutucu üçün təxminən 0,24 milyon, 1,1 milyon və 4,04 milyon hüceyrədən ibarət kobud, orta və incə şəbəkələr müqayisə edilmişdir. Aşağı və orta külək sürətlərində ventilyasiya əyriləri demək olar ki, üst-üstə düşmüşdür. Ən yüksək sürətlərdə giriş, lamel və bina kənarındakı daha güclü qradiyentlərə görə kiçik fərqlər müşahidə olunmuş; ümumi meyli dəyişdirmədiyi üçün sonrakı simulyasiyalarda orta şəbəkə istifadə edilmişdir.

Prototip və bina axını validasiyası nə qədər yaxşıdır?

Bu validasiya iyerarxik quruluşa malikdir. Kiçik prototip təcrübəsi flap-fin cihaz prinsipini və cihaz miqyası CFD-sini; AIJ benchmark isə bina ətrafındakı orta külək sahəsini dəstəkləyir. Tam miqyaslı fasada quraşdırılmış bütün sistemin özü eksperimental olaraq təsdiqlənməmişdir.

Yerli külək sürəti əmsalı

\(C_{U,p}\) ölçüsüzdür. \(U_{local}\), namizəd cihaz mövqeyindəki yerli üfüqi külək sürətinin böyüklüyü; \(U_{ref}\), eyni hündürlükdə pozulmamış atmosfer sərhəd təbəqəsi küləyidir. \(\theta\) gələn külək istiqamətini, \(\phi\) kvadrat bina ətrafındakı montaj mövqeyini, \(z\) isə hündürlüyü təmsil edir.

Bu tədqiqatda \(U_{local}\), külək tutucunun mərkəzinə uyğun nöqtədə, fasaddan 1,5 m xaricdə və 12 m quraşdırma hündürlüyündə hesablanan üfüqi sürət böyüklüyüdür:

Tənlik (2), bina axınının atmosfer istinad küləyini müəyyən fasad nöqtəsində nə dərəcədə sürətləndirdiyini və ya yavaşıtdığını göstərir.

Cihaz cavabı niyə xəttidir?

\(Q\), otaq tərəfdəki təchizat açıqlığından içəri daxil olan həcmli təmiz hava sərfidir. Hesablamalarda SI vahidi m³/s, nəticə qrafiklərində L/s istifadə edilmişdir. \(a\), vahidi m² olan cihaz cavab əmsalıdır.

İzolyasiya olunmuş külək tutucu üçün \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\) və \(R^2=0,9995\) əldə edilmişdir. Mənbədə bu meylin modelləşdirilmiş xaricə açılan windward pəncərənin meylindən təxminən 2,44 dəfə böyük olduğu bildirilir.

Müəlliflərin aerodinamik izahına görə tədqiq edilən Reynolds ədədi intervalında sabit həndəsə təxminən sabit təzyiq və axın əmsallarını qoruduğuna görə təzyiq fərqi \(U_{local}^2\) ilə, həcmli sərf isə təzyiq fərqinin kvadrat kökü ilə miqyaslanır; bunların birləşməsi təxminən \(Q\propto U_{local}\) nəticəsini verir.

Çarpaz-miqyas proqnoz tənliyi

Tənlik (4), tədqiqatın mərkəzi mühəndislik nəticəsidir. Bir mövqe üçün yalnız-bina CFD-dən \(C_{U,p}\) çıxarıldıqdan sonra cihazın ətraflı flap, kanal və çıxış həndəsəsini həmin mövqedə yenidən həll etmədən təxmini təmiz hava sərfi hesablana bilər.

Lakin bu sadələşdirmənin etibarlı olması üçün tək nöqtədə ölçülən \(U_{local}\)-ın cihazın bütün effektiv giriş sahəsindəki axını kifayət qədər təmsil etməsi lazımdır. Tədqiqatın Case A nəticəsi bu fərziyyənin güclü ayrılma altında pozula biləcəyini göstərir.

Bir Yerli Külək Sürəti Əmsalı Nə Vaxt Etibarlıdır?

Mənbə nəticələrinə görə tək nöqtəli \(C_{U,p}\) ötürülməsi cihaz girişinə çatan axın məkan baxımından nisbətən hamar və ya ən azı istiqamət baxımından uyğun olduqda yaxşı işləyir; güclü ayrılma, resirkulyasiya və kəskin sürət qradiyentlərinin olduğu zonalarda sahə üzrə ayırdetməli araşdırma və ya tam əlaqələndirilmiş CFD tələb olunur.

Proqnoz xətasının tərifi

\(\varepsilon_Q\) işarəli nisbi xətadır. Müsbət dəyər sadələşdirilmiş metodun tam əlaqələndirilmiş CFD-dən daha yüksək proqnoz verdiyini; mənfi dəyər isə daha aşağı proqnoz verdiyini göstərir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Üç tam əlaqələndirilmiş validasiya halı

Case A niyə uğursuz oldu?

Case A-da cihaz 0° külək altında fasad mərkəzindəki ayrılmış və güclü şəkildə qeyri-bərabər axın zonasındadır. Tək nöqtədən alınan \(U_{local}=1,24\) m/s dəyəri cihazın bütün giriş sahəsinə faktiki çatan sahə-ortalama impulsu təmsil edə bilməmişdir.

Sadələşdirilmiş metod 250,0 L/s proqnoz verdiyi halda tam əlaqələndirilmiş CFD yalnız 124,8 L/s yaratmışdır. Başqa sözlə, proqnoz faktiki tam əlaqələndirilmiş nəticənin təxminən iki qatıdır. Tədqiqatın əsas məhdudiyyət mesajı məhz budur: yüksək yerli nöqtə sürəti, külək impulsu fasaddan ayrılıbsa, effektiv külək tutma demək olmaya bilər.

Case B niyə yaxşı işlədi?

Case B-də 45° gələn külək altında cihaz yan fasadın mərkəzindədir və axın nisbətən hamardır. \(U_{local}=3,08\) m/s və \(C_{U,p}=0,73\) ilə tənlik 620,0 L/s proqnoz yaratmış; tam əlaqələndirilmiş nəticə 611,71 L/s olmuşdur. +%1,36 xəta tək nöqtəli sürətin bu axın rejimində cihazın gördüyü effektiv axını yaxşı təmsil etdiyini göstərir.

Case C kənarda olmasına baxmayaraq niyə yaxşı işlədi?

Case C bina kənarına yaxın olduğu üçün yalnız “kənar mövqe pisdir” şəklində şərh edilə bilməz. Bu halda axın kənar təsirli olsa da, cihaz girişinə birbaşa və istiqamət baxımından uyğun şəkildə vurur. Proqnoz 460,0 L/s, tam əlaqələndirilmiş nəticə 472,0 L/s və xəta −%2,54 olmuşdur.

Deməli, quraşdırma yeri yalnız \(C_{U,p}\)-nin böyüklüyünə görə seçilməməlidir. Mənbə iki mərhələli seçim yanaşması təklif edir: əvvəlcə külək sürəti əmsalı və istiqamət sabitliyi ilə namizəd nöqtələr sıralanmalı; sonra yaxınlaşan axının istiqaməti və giriş sahəsi boyunca məkan hamarlığı yoxlanmalıdır.

Külək tutucuda təzyiq mexanizmi

10 m/s uniform yerli giriş sürəti altında mənbə təxminən 60 Pa dinamik təzyiq bildirir. İki giriş səthində təxminən \(C_p=1,00\) və 0,50; dörd egzoz səthində təxminən −0,62, −0,63, −0,63 və −0,57 dəyərləri tapılmışdır.

Sahə-ortalama giriş təzyiq əmsalı təxminən \(C_{p,in}=0,75\), çıxış əmsalı \(C_{p,out}=-0,61\), fərq isə \(\Delta C_p\approx1,36\)-dır. 5 m/s yerli sürətdə orta giriş statik təzyiqi 11,18 Pa, çıxış −9,70 Pa və otaq təzyiqi 0,74 Pa olaraq bildirilmişdir.

Bu quruluş girişdə müsbət, egzozda isə mənfi təzyiq zonası yaradaraq təmiz havanın girişdən otağa, otaqdan da egzoz kanalına yönəlməsi üçün təzyiq potensialı yaradır.

Turbulentlik intensivliyi cihaz cavabını nə qədər dəyişdirdi?

İzolyasiya olunmuş cihazın uniform giriş turbulentlik intensivliyi %1 ilə %30 arasında dəyişdirilmişdir. Mənbə sınaqdan keçirilən külək sürəti intervalında hesablanan ventilyasiya sərfinin ən çox təxminən %3,4 dəyişdiyini və \(Q-U_{local}\) xətti meylinin qorunduğunu bildirir.

Bu nəticə “turbulentlik heç vaxt vacib deyil” demək deyil. Nəticə yalnız bu izolyasiya olunmuş, sabit RANS cihaz simulyasiyalarında müəyyən edilmiş turbulentlik intensivliyi həssaslığı üçündür. Case A nəticəsi məkan ayrılmasının və istiqamət dəyişməsinin sadə tək nöqtəli sürət əlaqəsindən çox daha vacib ola biləcəyini göstərir.

Fasad mövqelərinin taranması

Yerli külək əmsalları 12 m quraşdırma hündürlüyündə 0°, 22,5° və 45° gələn külək istiqamətləri üçün bina ətrafında çıxarılmışdır. Kvadrat binanın fırlanma və əks etdirmə simmetriyası bu üç əsas axın rejiminin perimetrə xəritələnməsinə imkan verir.

Küncə yaxın nöqtələr adətən düz fasad mərkəzindən daha yüksək yerli sürət əmsalı göstərə bilər; bunun səbəbi kənar sürətlənməsidir. Lakin mənbə əmsalın böyüklüyünün təkbaşına yer seçimi üçün kifayət etmədiyini xüsusilə vurğulayır. Künc sürətlənməsinə güclü ayrılma və ya resirkulyasiya qoşularsa yüksək nöqtə sürəti cihaza effektiv şəkildə ötürülməyə bilər.

Daxili hava yenilənməsi necə hesablandı?

Yerli orta hava yaşı \(\tau\), ANSYS Fluent User-Defined Scalar yanaşması ilə passiv skalyar kimi həll edilmişdir:

\(\tau\) saniyə ilə yerli orta hava yaşıdır. Təzə hava otağa daxil olduqdan sonra içəridə qaldıqca skalyarın dəyəri artır. Daha aşağı hava yaşı müvafiq nöqtəyə və ya kəsiyə təmiz havanın daha tez çatdığını və köhnə havanın daha sürətlə yeniləndiyini bildirir.

\(\Gamma_\tau\), hava yaşı skalyarının effektiv diffuzivliyidir. Molekulyar özlülük \(\mu_l\) və turbulent özlülük \(\mu_t\), müvafiq olaraq laminar və turbulent Schmidt ədədləri ilə miqyaslanır. Mənbədə həm \(Sc_l\), həm də \(Sc_t\) dəyəri 0,7 götürülmüşdür.

Otaq boyunca müxtəlif məsafələrdə kəsik müstəviləri yaradılmış və hər müstəvidəki bütün CFD həll nöqtələrinin hava yaşı ortalanmışdır. Bundan başqa, təmiz hava girişindən buraxılan pathline-lardan istifadə etməklə havanın birbaşa egzoza gedib-getmədiyi vizuallaşdırılmışdır.

ASCD Sərfi Bir Qədər Azaldarkən Hava Yenilənməsini Necə Yaxşılaşdırdı?

ASCD təmiz hava jetini yaxınlıqdakı egzoz açıqlığına birbaşa gedən qısa yoldan uzaqlaşdırdığı üçün ümumi sərf %7,2 azalmasına baxmayaraq havanın otağın daha böyük hissəsində dövr etməsini təmin etmiş; beləliklə kəsik müstəvilərinin orta hava yaşı pəncərə ilə müqayisədə %38,0 azalmışdır.

ASCD olmadıqda çox sayda qısa hərəkət müddətli pathline girişdən yaxın çıxışa birbaşa gedir. Mənbə bunu aydın hava qısa qapanması kimi şərh edir. ASCD əlavə edildikdə çıxışa yönələn xətlərin əhəmiyyətli hissəsi otaqda təxminən 20 saniyə və ya daha uzun müddət qalır və daha geniş otaq miqyasında dövr edir.

ASCD-nin əlavə olunması külək tutucunun sərfini 992 L/s-dən 920 L/s-ə salmışdır. Buna baxmayaraq hava yaşı 76,55 s-dən 69,14 s-ə enmişdir. Bu nəticə mühəndislik baxımından vacibdir: həcmli hava sərfi ilə ventilyasiya effektivliyi eyni performans göstəricisi deyil. Havanın hara getməsi, otaqda nə qədər qalması və təmiz havanın egzoza qısa qapanma edib-etməməsi də vacibdir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• İzolyasiya olunmuş flap-fin külək tutucu üçün yerli külək sürəti ilə ventilyasiya sərfi arasında tədqiq edilən intervalda çox güclü təxminən xətti əlaqə vardır.
• \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\) cihaz cavab əmsalı yalnız-bina CFD-dən alınan \(C_{U,p}\) ilə birləşdirilərək sürətli fasad mövqeyi ilkin taraması aparıla bilər.
• Tək nöqtəli çarpaz-miqyas ötürülməsi nisbətən hamar və ya istiqamət baxımından uyğun giriş axınında %1,36 və %2,54 mütləq xəta səviyyəsində işləmişdir.
• Güclü ayrılma və resirkulyasiyada tək nöqtəli yerli sürət ciddi şəkildə yanıltıcı ola bilər; Case A-da xəta +%100,30-dur.
• Flap-fin quruluşu istiqamətli təchizat–egzoz yolunu qoruyaraq birtərəfli otaqda nizamlı hava axını yarada bilər.
• ASCD ümumi sərfi bir qədər azaltmasına baxmayaraq hava qısa qapanmasını azaldaraq otaq miqyasında hava yenilənməsini yaxşılaşdırmışdır.
• Mənbə çərçivəsi hər namizəd mövqedə tam cihaz həndəsəsinin həll edildiyi bahalı CFD əvəzinə, uyğun axın rejimlərində iki mərhələli ilkin tarama metodu təqdim edir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi ümumiləşdirmələr

• Tədqiqat tam miqyaslı fasad sisteminin real hündür binada eksperimental olaraq təsdiqləndiyini göstərmir.
• Sabit və izotermal CFD nəticələri təbii atmosferin bütün ani külək, gust, termal buoyancy və sabitlik şəraitini əhatə etmir.
• Bu tədqiqatdan real illik bina enerji qənaəti, HVAC enerji istehlakı və ya karbon azalması hesablana bilməz.
• ASCD-nin bütün otaq həndəsələrində %38 hava yaşı azalması təmin edəcəyi nəticəsi çıxarıla bilməz.
• \(a=0,193\ \mathrm{m^2}\) əmsalı başqa külək tutucu həndəsələrinə universal sabit kimi tətbiq edilə bilməz.
• 0°, 22,5° və 45° əmsal məlumat bazası qeyri-müntəzəm bina həndəsələri və ya real şəhər morfologiyaları üçün birbaşa kifayət deyil.
• Case C nəticəsi “bütün bina küncləri uyğun montaj yeridir” demək deyil; kənardakı axının istiqamət uyğunluğu ayrıca yoxlanmalıdır.
• RANS modeli transient vortex dynamics və zamandan asılı flap hərəkətini birbaşa həll etmir.

Əsas məhdudiyyətlər və gələcək tədqiqat sahələri

Mənbə əmsal məlumat bazasının izolyasiya olunmuş kvadrat kəsikli bina, üç gələn külək bucağı, neytral atmosfer, izotermal və sabit axınla məhdud olduğunu açıq şəkildə bildirir. Qeyri-müntəzəm binalar, ətraf tikililər, real şəhər morfologiyası, non-neutral atmosfer qatlaşması və transient külək ayrıca araşdırılmalıdır.

Flapların zamanla dinamik şəkildə açılıb bağlanması mövcud sabit CFD-də modelləşdirilməmişdir. Əvvəlki təcrübələrdə yüngül qanadların aşağı sürətlərdə mexaniki açıq mövqelərinə sürətlə çatdığı və ara keçidin dar sürət intervalında baş verdiyi müşahidəsinə görə flaplar sabit açıq/qapalı vəziyyətlərlə təmsil olunmuşdur.

Tam miqyaslı sistem üçün konstruktiv ankerləmə, su drenajı, xarici mühit və qanad səs-küyü, yanğın/tüstü təhlükəsizliyi, yüksək küləkdə bağlanma və filtr və ya istilik bərpası komponentlərinin yaradacağı əlavə təzyiq itkisi hələ həll edilmiş dizayn validasiyaları deyil; mənbə bunları mühəndislik inkişafı mövzuları kimi sadalayır.

Mənbə həmçinin tam miqyaslı fasad sisteminin eksperimental validasiyasını, transient giriş şərtlərini, dinamik flap hərəkətini və daha yüksək dəqiqlikli modelləşdirməni gələcək tədqiqat mövzuları arasında göstərir.

Tətbiq baxımından bu nə deməkdir?

Tədqiqatın ən güclü tətbiqi töhfəsi “bu cihaz hər fasadda bu qədər hava təmin edir” şəklində universal performans rəqəmi deyil. Töhfə fasad montaj nöqtələrinin daha az hesablama xərci ilə sıralanmasına imkan verə bilən axın-rejimi fərqindəliyi daşıyan ilkin tarama metodu təklif etməsidir.

Birinci mərhələdə yalnız-bina CFD və ya başqa təsdiqlənmiş şəhər küləyi qiymətləndirməsi ilə namizəd mövqelərin yerli külək əmsalları çıxarıla bilər. İkinci mərhələdə yüksək əmsallı nöqtələr yalnız sürət böyüklüyünə görə deyil, yaxınlaşan axının istiqamət sabitliyi və məkan hamarlığı baxımından yoxlanılır. Ayrılmış və ya resirkulyasiyalı zonalar kənarlaşdırılır və ya xüsusi tam əlaqələndirilmiş CFD-yə göndərilir.

Bu yanaşma gələcəkdə istilik bərpası, filtrasiya və ya evaporativ soyutma kimi aşağı enerjili hava emalı komponentləri ilə birləşdirilə biləcək istiqaməti idarə olunan təmiz hava yolu üçün aerodinamik əsas təqdim edə bilər. Lakin bu komponentlərin real təzyiq itkiləri və enerji performansı bu tədqiqat çərçivəsində ölçülməmişdir.

Mənbə və Metod Qeydi

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

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

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

Bərabər töhfə: Mənbə PDF-də bərabər töhfə/birgə-birinci müəllif bəyanı aşkar edilməmişdir.

Afiliasiyalar: 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.

Mənbə növü: CFD əsaslı ədədi mühəndislik tədqiqatı; əvvəlki eksperimental prototip validasiyası və benchmark validasiyası ilə dəstəklənən preprint.

Rəyçilik statusu: PDF açıq şəkildə “This preprint research paper has not been peer reviewed” məlumatını daşıyır; araşdırılan versiya rəyçilikdən keçməmişdir.

Platforma: SSRN.

SSRN abstract nömrəsi: 7624358.

DOI: 10.2139/ssrn.7624358.

SSRN yerləşdirmə tarixi: 17 Oktyabr 2026.

Jurnal / cild / say: Araşdırılan fayl jurnalın version of record versiyası deyil; jurnal, cild və say məlumatı bu preprint üçün tətbiq olunmur.

Rəsmi keçid: https://ssrn.com/abstract=7624358

Biblioqrafik qeyd fərqi: Yüklənmiş PDF müəlliflərdən Yongfei Zhao və John Calautit adlarını bu formada verir. SSRN veb meta qeydi eyni şəxsləri “Yong Fei Zhao” və “John Calautite” formasında göstərir. Bu Verianla məqaləsində yüklənmiş PDF-dəki müəllif yazılışı əsas götürülmüş, fərq gizlədilməmişdir.

Lisenziya: Yüklənmiş PDF və təsdiqlənmiş SSRN biblioqrafik qeydində məqalə şəkillərinin yenidən istifadəsini açıq şəkildə icazələndirən Creative Commons lisenziyası aşkar edilməmişdir. Mənbə CFD görüntüləri, prototip fotoşəkilləri və qrafik dizaynları buna görə kopyalanmamış; elmi əlaqələr müstəqil HTML/SVG və cədvəllərlə yenidən ifadə edilmişdir.

Proqram təminatı: ANSYS Fluent 2025 R1.

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

Əsas fərziyyələr: Sıxılmayan hava, izotermal axın, enerji tənliyi həll edilməmiş, buoyancy daxil edilməmiş, sabit giriş, no-slip bərk səthlər.

Yaxınlaşma: Sürət komponentləri üçün \(10^{-4}\); davamlılıq, \(k\) və \(\varepsilon\) üçün \(10^{-3}\); əlavə olaraq təchizat sərfinin əlavə iterasiyalarda sistematik dəyişiklik göstərməməsi şərti.

Atmosfer sərhəd təbəqəsi: \(U_{ref}=4,257\ \mathrm{m/s}\) @ 12 m; \(k_{ref}=0,7115\ \mathrm{m^2/s^2}\); \(\alpha=0,232\); 24 m hündürlükdə giriş sürəti 5,0 m/s.

Tam miqyaslı istinad bina: 12 m × 12 m × 24 m; AIJ model həndəsəsinin 150 dəfə miqyas ötürülməsi.

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

Gələn külək istiqamətləri: yalnız-bina fasad xəritələnməsində 0°, 22,5° və 45°.

Prototip eksperimental dayağı: Əvvəlki kiçik miqyaslı flap-fin prototipi açıq külək tuneli və University of Nottingham kampusundakı xarici mühit təcrübəsi ilə sınaqdan keçirilmişdir. Bu məlumatlar bu məqalədə tam miqyaslı fasad sisteminin birbaşa eksperimental performansı deyil.

Məlumat əlçatanlığı: Tədqiqat nəticələrini dəstəkləyən məlumatların əsaslı sorğu əsasında məsul müəllifdən əldə edilə biləcəyi bildirilir.

Maliyyələşdirmə: 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 / müəllif töhfələri: Yüklənmiş PDF-də ayrıca CRediT authorship contribution statement aşkar edilməmişdir.

Maraqlar toqquşması: Yüklənmiş PDF-də ayrıca və açıq competing interests / conflict of interest bəyanı aşkar edilməmişdir. Buna görə “maraqlar toqquşması yoxdur” şəklində mənbədə olmayan bəyan əlavə edilməmişdir.

Əsas metodoloji sərhəd: Tam miqyaslı fasad konfiqurasiyası izolyasiya olunmuş kvadrat bina, neytral atmosfer, sabit və izotermal CFD şəraitində qiymətləndirilmişdir. Real tam miqyaslı bina təcrübəsi, termal buoyancy, non-neutral atmosfer, ətraf binaların təsiri, transient gust/vortex strukturları və dinamik flap hərəkəti bu tədqiqatda təsdiqlənməmişdir.

Verianla Live / Live Figure uyğunluğu: Qismən uyğundur. İstinad ABL → yerli fasad küləyi → cihaz cavabı → proqnozlaşdırılan sərf axını sabit-parametrli source-derived proses animasiyası kimi uyğundur. A/B/C mənbə nəticələri də source-faithful müqayisə kimi hərəkətləndirilə bilər. İstifadəçinin fiziki parametrləri dəyişdirərək yeni CFD nəticəsi yaratmasına icazə verilməməlidir.