通风气流组织是维护室内环境质量,降低通风空调能耗的关键因素。特别是对工厂车间等污染物高浓度集中释放的高大空间建筑,需要设置规模庞大的通风系统来维持室内环境。然而,由于缺乏适用的通风气流组织形式,往往导致系统能耗高但通风效果差。随着我国对室内环境质量和建筑节能要求越来越高,有必要对适用于这类建筑室内环境的通风气流组织进行深入研究。龙卷风等柱状空气涡旋是自然界常见的气流流动形式,空气在地面附近辐合,再随柱涡旋转上升。当将柱状空气涡旋应用于室内通风时,可利用其流动特性将房间下部的空气污染物快速汇聚并排出室外。因此,利用柱状空气涡旋既可以减少空气污染物在室内的无组织扩散,又可以缩短排污所需时间,是一种具有应用潜力的通风气流组织形式。基于上述前提,本文通过理论推导、模型实验以及数值方法研究了一种基于柱状空气涡旋原理的通风气流组织形式:涡旋通风。具体内容包括以下几个方面:首先,对典型柱状空气涡旋模型进行理论分析,得到了柱状空气涡旋的基本流动模式和结构特点,明确了柱状空气涡旋的生成条件,并根据柱状空气涡旋不同区域的流动模式进行了区域划分,为进一步研究生成和应用涡旋通风提供理论支持。第二,针对通风环境的柱状空气涡旋,通过数值方法在三维理想空腔内对涡旋通风进行研究,得到了不同影响因素对涡旋通风的流动特性和涡旋强度的影响;对比了使用涡旋通风和传统下送风在空腔内污染物的分布特性及瞬态演变特征,初步验证了柱状空气涡旋应用于通风排污的可行性。第三,通过PIV模型实验研究了实际建筑环境下涡旋全面通风的流动特性及不同环境因素对涡旋通风效果的影响;又通过数值方法对比了涡旋通风和其它三种常用通风气流组织的排污效果,并通过不同评价指标对这些通风气流组织进行评价。结果表明,对于具有集中排放污染物的高大空间建筑,使用涡旋通风时室内污染物浓度最低,排污效率最高,污染物室内滞留时间最短。同时,本文提出了一种多涡旋全面通风系统。研究表明,多涡旋全面通风系统中各个子系统可彼此独立运行,对大长宽比高大空间建筑具有良好的适用性。最后,针对高污染散发建筑内的局部排风需求,提出了多种形式的涡旋局部排风罩,并通过实验和数值方法对其流场特性和污染物捕集效率进行了研究。结果表明,涡旋局部排风罩可以通过较低风量对空气污染物进行长距离捕集和控制,相较于传统局部排风罩具有高效节能的特点。