不同热源位置下室内自然对流换热数值模拟

以不同热源位置下室内自然对流换热过程为研究对象,采用有限容积数值方法对质量守恒方程、能量守恒方程进行离散求解,研究了瑞利数Ra在103～106之间,不同热源位置情况下,室内的流体流线、等温线的分布特征和Nu数的变化。分析结果表明:Ra=103时,等温线以热源为中心向外扩散呈均匀拱形,随着Ra数的增加,等温线逐渐弯曲变形,在冷壁和热壁附近形成薄边界层;流线呈现为两个反向对称的涡,随着Ra的增大,涡的大小改变并发生运动;Ra=103时,D=0情况下的Nu最大;热源的位置对换热量的影响较大,D=0.5时,Nu数曲线最陡,D=0时最平缓;Nu数与Ra数呈幂数关系,拟合的线性相关性可达90%。结论为研究室内复杂传热机理提供理论依据。     

高宽比对隧道围岩稳定性的影响

为了研究隧道截面形式对隧道围岩的影响,本文采用模型实验和数值模拟方法结合研究了高宽比K变化时马蹄形隧道的围岩稳定性以及损伤破坏规律,考虑了隧道周边无宏观裂纹和含有单一裂纹两种情况;数值模拟采用ABAQUS混凝土塑性损伤模型,计算出隧道周边的应力,对含有裂纹的情况还利用J积分计算出裂纹尖端的应力强度因子,利用ABAQUS中XFEM（extended finite element method）扩展有限元技术模拟高宽比为0.9时裂纹的发展路径和应力分布,与模型实验吻合较好。结果表明,隧道围岩的稳定性和损伤破坏情况随隧道高宽比K的变化而变化,对无裂纹模型,模型试件抗压强度在K=1.5时最大,当K=1.0时最小;对有裂纹隧道模型,模型试件抗压强度在K=1.7时最大,当K=0.7时最小。     

高宽比对土坯砌体破坏模式的影响

为了研究不同高宽比的土坯墙体的破坏模式,在试验研究与有限元模拟的基础上,得到了不同高宽比下土坯墙体的破坏机理与破坏模式.对比分析了不同高宽比对墙体的承载力、延性、刚度等抗震性能的影响.结果表明:高宽比0.5≤λ≤1.2时,墙体发生合理的剪切型破坏;高宽比1.2≤λ≤1.5时,墙体发生沿水平截面的剪摩破坏.研究结果对于土坯墙体的抗震设计具有一定的参考意义.     

基础隔震房屋的高宽比研究及应用

随着隔震工程实践的增多,逐步出现了一些需要深入研究的问题,隔震结构的抗倾覆性能就是一个需要研究的问题,而高宽比又是影响抗倾覆性能的指标,解决好这个问题,就能为隔震结构在高层建筑中的应用提供设计依据.本文通过理论分析给出了基础隔震的特性,由有限元软件计算了上部为框架结构、框架-剪力墙结构的高宽比限值,分析了影响高宽比限值的各种因素,最后利用本文给出的高宽比限值条件,分析了隔震支座的布置.     

高宽比对密肋复合墙抗震性能的影响

密肋复合墙是由钢筋混凝土与轻质填充砌块组成的一种网格式抗震墙,高宽比是影响抗震墙抗震性能的重要因素之一.本文在密肋复合墙低周反复荷载试验的基础上,介绍了不同高宽下密肋复合墙的破坏形态,分析了高宽比对墙体承载力、延性、刚度等抗震性能的影响,与混凝土墙进行了对比,并就其原因进行了探讨.研究表明:密肋复合墙破坏特点、延性性能受高宽比影响的变化规律与混凝土墙有着较大的区别;密肋复合墙高宽比小于3.0时,墙体以剪切破坏形态为主;高宽比对于密肋复合墙延性性能的影响较小,高宽比小于1.0的低矮密肋复合墙亦可设计为具有良好延性的抗侧力构件.研究结果对于不同高宽比密肋复合墙体的抗震设计具有一定的参考意义.     

双扩散效应对室内VOCs对流扩散的影响

消除室内的挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)须掌握其扩散和分布规律,根据不可逆过程热力学基本原理,考虑双扩散效应的影响,建立了三个物理量的梯度驱动下封闭空间内自然对流传热传质的数学模型.并采用数值方法研究了室内环境中同时存在温度梯度、湿度梯度和VOCs浓度梯度时的自然对流传热传质现象,着重分析了考虑交叉扩散效应时热瑞利数和浮力比数等对室内VOCs对流扩散的影响.在温度梯度和VOCs浓度梯度方向相同时,热扩散作用促进了VOCs的对流扩散.     

双扩散效应对室内VOCs对流扩散的影响

消除室内的挥发性有机化合物（volatile organic compounds,VOCs）须掌握其扩散和分布规律,根据不可逆过程热力学基本原理,考虑双扩散效应的影响,建立了三个物理量的梯度驱动下封闭空间内自然对流传热传质的数学模型.并采用数值方法研究了室内环境中同时存在温度梯度、湿度梯度和VOCs浓度梯度时的自然对流传热传质现象,着重分析了考虑交叉扩散效应时热瑞利数和浮力比数等对室内VOCs对流扩散的影响.在温度梯度和VOCs浓度梯度方向相同时,热扩散作用促进了VOCs的对流扩散.     

剪力墙高宽比对底部框剪砌体结构抗震性能的影响

针对7度设防地区的底部框剪砌体结构,采取不同的剪力墙高宽比,用非线性时程分析的方法,对该结构在不同地震动强度下的地震反应进行分析.对比不同高宽比下该结构的层间最大剪力、各层最大相对位移以及各层最大加速度.结果表明:随着剪力墙高宽比的适当加大,建筑物的地震反应呈现出均匀性减小.     

多孔介质对室内有机挥发物扩散的影响

为了研究存在于多孔壁面的封闭腔体中温度、挥发性有机化合物( VOCs)质量浓度的分布特征,本文根据不可逆过程热力学基本原理,建立复合腔体内热质传递的数学模型.采用有限元数值计算方法对控制模型进行求解,得到不同达西数下复合腔体内流场、温度场和VOCs质量浓度场的分布特性.研究表明因多孔介质的存在,系统内的传热传质速度明显降低,而当多孔壁面的渗透率很低(相当于不可渗透壁面)时,传热传质速率降至最低.     

竖向地震动对隔震结构高宽比限值的影响分析

分析了竖向地震动对隔震结构的高宽比限值的影响，在考虑了场地条件，地震烈度的影响情况下，推导了隔震结构高宽比限值的简化计算公式。其公式对计算隔震结构其他因素的影响以及确定所给条件下隔震结构的高宽比限值提供了快速、简便的理论计算方法。其结论可为隔震结构的设计者和相应规范的制定者提供参考依据。     

具有凸出热源的空调室内的复杂对流换热研究

以空调房间为背景，建立了一侧竖壁有一个发热器、下壁面有两个凸出热源的二维空腔内对流换热的数学模型，并采用了数值计算的方法对不同的加热器温度、送回风方式、进风口空气的参数以及热源强度分别进行了模拟。最后根据计算结果，着重讨论了参数的改变对房间内温度场和流场分布的影响，并比较了不同空调方式条件下房间内的温度和气流分布。该研究对实际的工程应用有一定的指导作用。     

具有凸出热源的空调室内的复杂对流换热研究

以空调房间为背景,建立了一侧竖壁有一个发热器、下壁面有两个凸出热源的二维空腔内对流换热的数学模型,并采用了数值计算的方法对不同的加热器温度、送回风方式、进风口空气的参数以及热源强度分别进行了模拟.最后根据计算结果,着重讨论了参数的改变对房间内温度场和流场分布的影响,并比较了不同空调方式条件下房间内的温度和气流分布.该研究对实际的工程应用有一定的指导作用.     

低层双坡房屋屋面风荷载的数值研究——坡角和高宽比影响的分析

为探讨屋面坡角和房屋高宽比对低层双坡屋面房屋的屋面风荷载的影响，采用数值模拟方法并结合足尺模型测试的验证，对一系列具有不同坡角和高宽比情况的双坡屋面房屋的屋面风压分布进行了参数分析.利用基于Reynolds时均方程和可实现的k-ε湍流模型的模拟方法，得到了不同几何外形的屋面平均风压的分布曲线，总结了屋面平均风压系数随高宽比、坡角变化的基本规律.结果表明,随着屋面坡角的增大，迎风屋面的风压绝对值趋于减小，背风屋面则趋于增大，推荐坡角为15°～25°；屋面风压随房屋高宽比的增大而增大.     

不同体系对流传热膜系数测定的实验研究

选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—空气传热系统、乙醇水溶液蒸汽—空气传热系统,分别对普通管换热器和强化管换热器进行了强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。普通管换热器对流传热膜系数的关联式:Nu=0.01473Re0.61Pr0.4;强化管换热器对流传热膜系数的关联式:Nu=0.0251Re0.821Pr0.4;其计算值与实验结果符合良好。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。     

关于工业厂房温度伸缩缝的初步研究

本文初步讨论了建筑材料的热运动理论和■房结构的温度■差问题,结合近代工业建筑的结构特点和建筑材料的特性,作者认为:大部工业厂房中可以不考虑温度影响问题,即不必设立温度伸缩缝或采用其他改善措施。本文还根据我国各地区气候的不同,分别考虑了室外构筑物温度缝的距离问题。对少数室内浇灌的钢筋混凝土构筑物的温度影响问题也作了分析。     

普郎特数和挠率对螺旋状管的对流换热特性的影响

利用基于带有物理基的非笛卡儿张量分析为基础的广义矩阵法，在非正交螺旋线坐标系中，用GMM法（广义矩阵法）推导出螺旋状导管中充分发展、层流流动的非线性的连续性方程、Navier-Stokes方程组和能量方程，并用SIMPLE算法（解压力耦合方程的半隐式法）解出了上述一系列方程。结果表明：对大普郎特数的流体，挠率将明显地改变等温轮廓线的形状。随着普郎特数的增加，挠率将使螺旋状导管的等温轮廓线急剧变形，并使努塞尔数大大减小。     

多孔介质对封闭腔体内对流传热传质的影响

利用两区域法,其中在多孔介质区域利用Forheimer-Brinkman-Darcy方程,纯流体区域使用Navier-Stokes方程对部分填充多孔介质的二维封闭腔体内的自然对流传热传质进行数值研究。采用有限元法辅之以流体与多孔介质交界面上的连续性弱约束条件对两区域方程进行求解,分析了多孔介质厚度、渗透率及孔隙率的变化对封闭腔体内传热传质的影响。数值结果表明:当多孔介质厚度小于0.2时,其厚度的增加可明显削弱传热传质;大于0.2时,其影响明显减弱。渗透率从10^-3降低至10^-6时,腔体中流动减弱,导致平均传热传质速率降低。随孔隙率增加平均传热传质速率近似线性增加。     

建筑室内环境的数值模拟研究

采用华北地区采暖期间典型计算日内的逐时气温,将计算范围扩至建筑墙体外表面,所建的物理模型和各种材料的物理性质都与实际相符。通过数值计算方法,将建筑围护结构表面换热过程视为一个动态系统,大大提高了精度,为建筑热工分析和采暖负荷计算提供了可行和准确的计算方法。     

建筑室内环境的数值模拟研究

采用华北地区采暖期间典型计算日内的逐时气温,将计算范围扩至建筑墙体外表面,所建的物理模型和各种材料的物理性质都与实际相符。通过数值计算方法,将建筑围护结构表面换热过程视为一个动态系统,大大提高了精度,为建筑热工分析和采暖负荷计算提供了可行和准确的计算方法。     

水平管内自然对流对热进口段空气强制对流传热的影响

本文研究了水平管内空气层流强制对流传热时,自然对流对热进口段传热和流动的影响。数值计算结果显示：速度和温度分布因自然对流影响变形为非对称,速度最大值和温度最小值向管下部偏移。对流传热系数在圆周上的最小和最大值分别出现在管顶部和底部,二者之差最大可达5倍,其平均努塞尔特数明显高于无自然对流影响的强制对流。