室内合理的气流组织对于创造一个热舒适、健康的室内环境至关重要,这是因为负责室内热量和污染物输运的空气流动是控制室内环境质量的主要因素之一。传统的营造室内气流组织的方法难以同时满足个性化需求与节能的目的,不同于传统的参数化研究,本文从目标需求出发,构造基于CFD和伴随方法的室内空气流动的优化与控制方法,为创造一个高效、安全、可持续化的和满足个性化的室内空气流动提供理论基础。论文考虑室内空气流动和室内源特征,对室内的温度、风速、污染物分布形成过程进行量化分析,理清各个参数对室内环境的影响机制,然后构建多宗量多目标的反演优化算法,耦合室内环境多参数多物理场,合理营造室内环境,以切实降低建筑能耗,保障室内环境,并对其进行实验验证。具体的创新性工作如下:(1)从建筑通风的流体对流与耦合传热热质输运机理出发,构造和求解基于流动的复杂空间位置变量函数灵敏度和相应伴随方程组,该方法无需任何先决流场信息,由室内空气流场中离散分布的温度值反演计算多个壁面边界热流分布状态,探讨不同因素包括测点位置、数量及噪音(测量误差)对流动反演模拟及其计算精度的影响。(2)对于封闭室内自然对流多个离散热源空间分布,根据结构化理论,建立离散热源对全局热传导性能影响的理论解析;基于伴随方法,由目标函数全局热传导的灵敏度导数,反演求解恒定大小和非恒定大小离散热源的最优空间位置;根据线性回归建立最优全局热传导与控制参数之间的函数关系式。(3)对室内热压驱动通道换气进行实验研究及反演优化,首先对太阳能热通道烟囱模型进行实验,重点测量不同烟囱长宽比、热流密度和烟囱倾斜角下的温度分布和出口风速,深入研究热通道通风特性;对太阳能热通道模型进行数值建模并耦合伴随方法,通过反演优化算法辨识和优化太阳能热通道烟囱的最佳设计参数配置,验证反演算法的有效性。(4)研究同时受到机械通风与多组分浮升力的室内污染物去除和控制问题,针对正问题,考虑多组分浮升力效应,研究室内热和污染物的输运机制;对于反问题,首先实现单目标优化,得到的优化值作为多目标优化函数的无量纲尺度,进一步将空间平均浓度和平均扩散半径这两个单目标函数结合起来建立多目标函数,采用基于梯度的伴随方法对不同流动形态下的污染物进行有效的控制。(5)采用计算流体动力学的方法对建筑室内传热传质过程自然对流和强制对流联合驱动的流动机理、多态流动诱导条件以及多态区间进行了研究和分析,并通过流线、热线和质线对建筑室内的空气流动和热质迁移过程进行可视化分析和描述,为建筑室内的通风策略、热和污染物的去除提供理论基础。