建筑能耗削减与建筑环境改善都青睐于低能耗建筑,尤其是太阳能利用建筑。本文特别针对利用太阳能强化建筑自然通风的垂直式和倾斜式太阳能烟囱内自然对流,具有隔板的室内自然对流、具有机械送风的室内多元对流等几种典型情况,通过数值模拟,理论分析及实验方法探讨内部流体流动及传热过程,为提升太阳能利用潜力,可持续降低建筑能耗和改善室内环境等提供新思路,对指导工程实践有着重要的理论和现实意义。本文首先采用数值模拟和理论分析方法研究了垂直窗式太阳能烟囱内流体流动及其传热机理,通过比较不同热壁面Rayleigh（Ra）数的数值模拟结果发现,太阳能烟囱内回流的出现不仅导致其诱导空气流量降低,甚至在一定热源强度下会出现完全回流即倒流的情况,使得太阳能烟囱完全失效。根据尺度分析理论动态解析了不同Ra数范围内热边界层的发展过程,解释了回流产生的原因并确定了发生回流的条件,得到稳态时的时间尺度,边界层温度变化尺度,速度尺度及体积流量尺度。在回流导致体积流量减小之前,该体积流量尺度分析结果与数值计算结果吻合很好。运用回流穿透深度表征烟囱内回流强度,并通过尺度分析理论建立了回流穿透深度和Prandtl（Pr）数,Ra数及太阳能烟囱高宽比A之间理论关联式,该理论关联式与数值结果同样在回流没有导致体积流量减小之前吻合很好。通过在玻璃内侧施加离散热源来避免回流,并由理论分析和计算得出玻璃内侧热源高度D0=1,距底部距离S0=1时,不仅能有效避免出口回流,还能有效提高烟囱诱导空气量。接着探讨了具有倾斜角α的倾斜式太阳能烟囱通风与传热性能,研究结果表明,相同倾斜角α,随着Ra数的增大,热壁面侧回流越受到抑制,而玻璃侧回流越发严重;相同Ra数,倾斜角α越大,玻璃侧回流越严重;倾斜角α越大,玻璃侧回流出现的临界Ra数越小。倾斜角α为00～300,无因次体积流量V*为Ra数的单调递增函数;α为450～900,V*随着Ra数的增大先增大后减小。在流量开始减小之前,V*随着α的增大而增大。在流量开始减小之后,α越大,回流程度随之加剧,V*减小越快。当Ra数为103和104时,体积流量随着倾斜角α的增大而增大。Ra= 105时,当αα=750时,取得最大体积流量。当Ra数分别为106,3×106和4×106时,均在α=150时取得最大体积流量,α>150,体积流量均随着倾斜角α的增大而减小。对于不同的壁面Ra数,其取得最大体积流量的最优倾斜角是不同的。鉴于倾斜角对倾斜式太阳能烟囱内回流及其通风性能的影响,通过分析在玻璃内侧施加与垂直太阳能烟囱相同的热源,即高度D0=1,距底部距离S0=1,同样不仅有效避免了出口回流,还大大提高烟囱诱导空气量。接着按模型实验方法研究了高宽比A=5的垂直式太阳能烟囱模型内温度场分布。在一定环境温度和热壁面热流密度下,采用在不同高度Y=3.5和Y=5.5,分别针对不同断面Z=1,Z=2.5和Z=4进行温度测量,实验结果表明在三个不同断面处沿着烟囱宽度方向无因次温度分布基本相同,验证了数值计算时的二维假设及实验中在对称面上进行测量都是有效的。通过测试不同环境温度和不同给定壁面热流密度情况下,太阳能烟囱内不同高度处沿着通道宽度方向温度分布,发现沿着烟囱宽度方向温度分布极其不均匀,热壁面温度最高,热壁面附近温度急剧下降,远离热壁面处温度下降平缓,至玻璃侧温度出现小幅升高。在靠近热壁面处数值计算结果比实验结果略高,由于热壁面的辐射作用导致远离热边界层沿着烟囱宽度方向温度值比数值计算结果稍高,整体上沿着烟囱宽度方向温度分布实验测量值和数值模拟结果基本吻合。该温度分布采用无因次温度或是测量温度与环境温度差值表达,只是表达方式不同导致的结果差异,两种温度表达方式本质是一致的。在某一环境温度下,给定热壁面热流密度,沿着烟囱热壁面高度方向（X=1,Z=2.5）温度测量值与环境温度的差值表明,沿着热壁面高度方向温度先是逐渐增加的,而在太阳能烟囱出口附近,温度值发生了降低。其次,采用数值模拟方法探讨了具有自由通风口、壁面附着导热导质隔板的室内空气热压驱动自然流动和热质输运结构。研究结果表明当底部热源热Ra数大于某临界值,并且隔板与x轴无因次垂直距离E在-0.8<E<-0.5范围内,壁面附着一定长度隔板可以提高系统自然对流传热传质性能。E=-0.5时,当Ra≥105,隔板无因次长度L=0.8对应Nu和Sh数高于 L = 0.2 和 L = 0.5 对应值。而 E =-0.8 时,当Ra≥ 8.00×105,L = 0.5 和 L=0.8对应Nu和Sh数高于L = 0.2的对应值。在低Ra数时该趋势恰好相反。当L = 0.2,E=-0.6,Ra数从1.25×105变化至1.30×105,会出现稳态过渡流,促使Nusselt（Nu）和Sherwood（Sh）数急剧增加。而当L = 0.8,E=-0.7,Ra数从7.90×105变化至8.00×105,传热传质量也会明显增加。另外,当稳态过渡流出现时,沿着Y轴方向的温度和浓度分布也呈现巨大的差别。尤其是热质源表面的温度和浓度梯度差别较大。最后,采用数值模拟方法研究了多元对流即强迫对流和自然对流相互作用发生在室内的流体流动、热和污染物输运结构。置换流动模式下,在强迫对流占主导的区域,Nu数和Sh数几乎没有发生变化,而随着Archimedes（Ar）的增大,自然对流占主导时,Nu数和Sh数出现急剧的增加。同时Nu数和Sh数也随着Reynolds（Re）数的增大而增加。在混合流动模式下,传热传质性能出现与上述相同的趋势。在过渡区,施加不同的初始条件出现了多组稳态解。即边界条件和控制参数完全相同时,室内流体流动和热质传递过程受不同初始流动状态的影响而出现不同的多组流动状态。多组稳态解的研究有助于通过施加不同的初始条件及边界条件实现室内热量和污染物的高效率排放,充分降低机械通风能耗、提升自然通风降温和换气净化潜力。