基于Gebhart辐射模型的建筑壁面对流辐射传热计算方法

建筑内壁面传热是一种导热、对流和辐射共存的复合传热过程,基于Gebhart辐射模型,建立建筑壁面传热同步模型,可同步计算壁面温度和空气温度,在此基础上分析建筑壁面对流辐射传热特性。研究结果表明:传热同步模型的空气温度理论计算值小于实测值,偏差均在0.25℃以内;壁面温度计算值与实测值的偏差基本在1℃以内。并对南墙加热壁面与地板的导热传热、对流传热及辐射传热进行分析。研究结论为进一步应用Gebhart辐射模型和研究壁面的对流辐射传热提供了参考依据。     

载人航天空间站舱内通风对流换热数值研究进展

CFD模拟是研究载人航天器舱内环境控制和地面模型试验验证的有效方法,介绍了国内外载人航天器舱内通风对流换热数值模拟的研究进展,目前的相关研究涉及舱内不同通风方式的数值模拟、通风参数的优化设计仿真、人体散热对通风环境的影响分析、舱内壁面温度分布和结露控制、微重力下通风换热问题的地面模型试验及其数值模拟验证、传热传质等诸多方面。指出数值模拟模型、舱内通风空调环境评定、通风空调系统整体优化、舱内环境数字仿真演示系统等是载人航天器舱内环境数值模拟领域值得进一步研究的问题。     

双辐射作用下工业热厂房外墙传热实验研究

为了研究在太阳和内热源的双向辐射作用下自然通风工业热厂房夏季外墙传热过程,搭建了实验模型,在西安夏季室外条件下对室内外参数进行了测试,并对不同余热强度工况时南墙内外壁面边界热流进行了计算和对比分析。结果表明:室内强热源影响墙体内外壁面边界上辐射热流和对流热流的大小和方向。内热源的辐射作用在余热强度大于50W/m3的情况下会对外墙传热过程会造成较大影响。白天有太阳辐射时,外壁面上的辐射散热热流会高于对流散热热流,并且余热强度对辐射对流比影响很小。夜间外壁面上的辐射对流比会随着余热强度的增大而减小,当余热强度大于200W/m3时趋于稳定。     

应用Gebhart-Block模型预测大空间自然通风下室内温度分布

在Block模型的基础上,提出了Gebhart-Block模型,即应用对流辐射耦合换热求解壁面温度的Gebhart模型与考虑建筑开口及内热源因素的Block修正模型,研究大空间建筑自然通风下的室内热环境.以某大空间建筑为例进行计算,计算值与实测值基本吻合.     

舱内气压与湿度对器件散热的实验研究

为了掌握不同飞行条件下仪器舱内发热器件的温度变化特性及影响因素,基于实验测量,获得了密封环境内气压与湿度作用下仪器设备的耦合传热特性;密封舱可提供的温度范围为-40~200℃,压力范围为1~101.325kPa、相对湿度为30%~90%;设计加工了阵列型、方体及柱体发热器件,通过改变舱内压力、温度、湿度等因素,获得了不同发热功率下器件的温度变化数据。实验表明:当舱内压力低于30kPa时,自然对流散热作用不明显;当舱内压力为10kPa,热板温度分别为150℃和50℃时,因辐射作用而引起的柱体侧面温度差达7℃;舱内相对湿度增加,可有效降低设备温度。     

基于ANSYS的保温砂浆外保温系统有限元分析

在夏季环境下,空气对流和太阳辐射是影响建筑外墙温度的两大主要因素。利用有限元分析软件,对玻化微珠保温砂浆外保温墙体在同时考虑夏季空气对流和太阳辐射情况下进行热结构耦合分析。计算结果表明:玻化微珠保温砂浆具有优良的保温性能;玻化微珠保温砂浆外保温墙体,无论其朝向如何,均能保持室内温度的稳定;不同朝向的玻化微珠保温砂浆外保温墙体,其外表面温度应力相差不大,且在保温层的温度应力较小。     

地板送风空调房间静压箱内气流传热过程的研究

采用数值方法对带有地板静压箱的地板送风空调房间的温速度场进行了模拟,获得了平均壁面温度、室内空气温度及热源表面温度与送风气流在地板静压箱内温升等量值;分析了有、无外墙和外窗及有、无内遮阳对静压箱上、下表面温度分布的影响规律以及对地板静压箱内热力衰减的影响;建立了地板静压箱上表面与室内各壁面间的辐射换热模型,计算分析了各壁面与地板间辐射换热量随墙体以及内遮阳状况不同而变化的规律。     

建筑围护结构的温度场数值模拟

本文综合分析了影响建筑围护结构温度场的各种因素:太阳辐射、空气对流以及天空辐射、地表环境辐射、自身辐射等,采用有限元数值模拟方法,结合某混凝土小型空心砌块建筑温度场实测资料,对屋面和墙体进行了典型日变化温度场的数值模拟,与实测结果吻合较好;同时与室外综合温度法的计算结果进行对比,证明综合考虑多种影响因素进行温度场计算更加合理。     

单片低辐射玻璃谱带模型及其数值模拟

采用谱带模型,考虑了各个波段透射率、反射率对传热的影响,对单片低辐射玻璃的传热过程进行了研究,提出了描述此传热过程的非线性方程组;考虑对流、太阳辐射及外界和室内辐射等边界条件,并采用了牛顿法解方程组.计算结果表明,单片低辐射玻璃镀膜层向室内放置比较合理;另外,讨论了玻璃厚度、室内温度、室外风速对玻璃传热的影响.     

钢桥表面相对湿度的边界条件计算方法

表面相对湿度是决定钢桥腐蚀速度的重要因素,精确计算表面相对湿度的关键在于选取合适的温度场边界条件,因此进行了拱肋模型相对湿度测试试验,利用有限元分析软件ABAQUS的DFLUX与UVARM子程序实现了钢桥表面相对湿度计算,并对比分析了不同太阳辐射、辐射换热及对流换热的计算方法对钢桥表面相对湿度模拟结果的影响。结果表明：太阳辐射强度对表面相对湿度的影响主要集中在日出、日落时段,采用Hottle模型计算的日总太阳辐射偏大,导致表面相对湿度偏低,建议使用实测太阳辐射数据计算太阳辐射热流密度;天空及地面的辐射换热对表面相对湿度的影响不容忽视,利用简单的大气辐射换热替代天空、地面辐射换热,会导致结构吸收热量增加,表面相对湿度显著减小,建议在计算辐射换热热流密度时考虑天空温度、地面温度的影响;白天对流换热对结构有降温作用,促使表面相对湿度升高,夜晚对流换热作用对结构有升温作用,促使表面相对湿度降低,目前对流换热系数计算方法多基于混凝土结构开展,后续可进行适用于计算钢桥表面相对湿度的对流换热系数研究。     

多孔翅片散热器内辐射/对流/导热的耦合传热

采用切比雪夫配置点谱方法对多孔翅片散热器内辐射、对流和导热的耦合传热问题进行求解。在多孔翅片散热器内,导热系数、对流换热系数、表面发射率以及内热源均为温度的函数。在求解多孔翅片散热器内耦合传热的过程中,采用切比雪夫配置点谱方法对根据Darcy定律建立的多孔介质传热模型进行离散,并将微分形式的控制方程转换为代数形式的矩阵方程。另外,分析了热物性参数对无量纲温度和翅片效率的影响。通过与文献中同伦摄动法的计算结果相比较发现:切比雪夫配置点方法对多孔翅片散热器内耦合传热问题有很好的计算精度。     

高原地区发电舱内热环境的模拟研究

本文建立了高原地区低温低压环境下发电舱内热环境的理论模型,模拟了发电舱内空气流动换热和舱内设备器件传热过程,探究了极端环境温度条件下发电舱内柴油发电机组散热量和通风量对舱内空气温度的影响,同时分析了传热方式,器件功耗和耦合传热对舱内功耗器件温度的影响。研究表明当舱体所处的环境温度升高、柴油发电机组散热量增加、通风量减少,器件功耗增加时,舱内空气温度升高。另外,较大的空气扰动,较高的功耗以及距柴油发电机组较近的距离都会导致功耗器件温度偏高。     

民用建筑围护结构动态热过程计算研究

民用建筑围护结构动态热过程的分析计算对建筑的能耗及节能评价有重要意义.结合广东地区夏季的气候特点,发展了单室建筑围护结构动态温度和传热计算的理论模型,计算中考虑太阳辐射作用,围护结构与内、外环境的对流与辐射换热,以及围护结构间的辐射换热.计算了夏季1 d中6:00～18:00时段,围护结构包括屋顶、东南西北墙体、木门及玻璃窗内、外表面的温度及热流.     

基于不同管径毛细管辐射顶板供冷性能模拟

建立三维毛细管辐射供冷顶板传热模型,利用CFD方法对不同毛细管管径下辐射顶板流动及传热进行数值模拟求解,以获取辐射顶板的供冷量及辐射表面温度分布状况。数值模拟得到的供冷量与ASHRAE手册中辐射供冷顶棚的传热理论计算结果相符,相对误差小于15%。数值研究表明,当毛细管管径在3~5mm的范围时,辐射顶板能保证良好的供冷性能,辐射表面温度分布均匀;管径大于5mm或者小于2mm,辐射板供冷量明显减少,辐射表面温度分布越不均匀。     

辐射供冷末端不同边界条件下的数值计算对比

以一个由4个壁面构成一体化辐射末端的办公室模型房间为例,基于计算流体力学(CFD)技术对辐射空调末端边界条件分别采用定热流密度和定温两种处理办法计算出相应结果,对比分析研究表明:在室内空气为自然对流的情况下,采用定热流密度边界条件,计算收敛难度大而且室内温度高达30℃以上,难以满足热环境的舒适性;采用定温边界条件,室内的温度场分布较均匀且在22~24℃左右,房间温度处于舒适性合理区域。因此,室内空气处于纯自然对流条件时,对辐射空调系统一类问题的数值计算辐射末端适宜采用定温度边界条件。     

对流和辐射条件下变热特性参数的肋片传热性能

采用谱配置法对导热系数、表面对流换热系数和表面发射率均为温度函数的对流-辐射肋片的传热性能进行研究。在求解过程中,肋片温度通过谱配置点和拉格朗日插值多项式离散,从而将微分形式的能量方程转化为矩阵形式的代数方程。与文献中的解析解相比较发现:谱配置法对肋片的非线性传热问题具有很好的计算精度和计算效率;计算精度随着配置点的增加近乎呈指数上升。同时发现:随着导热系数变化率和表面对流换热系数变化率的增加,以及表面发射率变化率的减少,肋片温度随之升高;随着对流与导热耦合参数和辐射与导热耦合参数的减少,肋效率随之提高。     

植被传热机理及其改善城市热环境效果分析

通过对植被传热机理的分析,建立了稳态及非稳态植被传热模型,并通过同济大学嘉定校区的现场实测数据验证了该数学模型的正确性,认为该模型可准确计算稳态和非稳态条件下植被表面和其下方土壤表面的温度。在此基础上,利用该模型计算不同气候区叶片表面温度,发现植被降温效果受当地气候条件影响。对上海地区夏季连续2 d的计算结果表明,植被表面温度受太阳辐射和蒸腾作用影响最大,植被平均温度比空气温度低1.8℃,比裸露地面温度低5.9℃,植被可有效改善室外热环境。     

基于PHOENICS的地下工程岩土耦合传热动态模拟

传统的静态极限设计方法已经不能满足地下工程内部环境保障系统设计的经济合理有效要求。本文主要针对深埋地下上程的间歇加热工况,对工程内部环境与周围岩石的温度分布及耦合传热情况进行动态分析,并进一步指导动态设计。简化间歇机制下深埋拱形地下建筑的数学物理模型,采用整场求解方法,通过建立流体和固体区域的统一控制微分方程,将复杂的固体导热与流体对流换热通过彼此互为边界条件耦合起来。整个数值模拟过程采用大型计算软件PHOENICS3．4进行求解,并对现有软件程序加以改进得出经验模型,使CFD软件能更广泛应用于地下工程的通风空调设计中,为求解非稳态的导热和对流换热耦合问题提供了一种新的可行研究方法。此外还具体分析了进风风速、室内热源等方面的因素对温度分布的影响。     

考虑风速和光照影响的特高压避雷器温度分布研究

红外测温凭借其高效、精确等优点,在特高压避雷器带电检测中发挥了重要作用,然而避雷器表面温度会受到风速、光照等外界因素的影响,给红外测温及故障诊断带来了一定的困难.笔者基于有限元原理建立了特高压交流避雷器热电耦合的三维温度场仿真模型,并通过现场温度试验验证了模型的合理性,从而利用该模型对不同风速、光照影响下的避雷器温度分布进行仿真分析,结果表明:风速增大加强了空气对流散热,使得避雷器内部缺陷发热导致的表面最高温度下降,温升减小;避雷器表面温度随太阳辐射强度的增大而升高,且向阳侧高于背阳侧,但温升值变化不大.得出的结论对非理想环境下进行避雷器红外测温有一定参考意义.     

蛇形冷板运行条件对其性能的影响分析

金属辐射冷板的供冷能力和表面温度是冷板设计和运行的关键参数.建立了蛇形辐射冷板的稳态传热数学模型,分析了冷板供水量、供水温度、室内空气温度、非供冷壁面温度等运行参数对金属辐射冷板供冷能力和表面温度分布的影响规律.结果表明:供水量增加,管内水流速增大以及水温降低,冷板供冷能力将提高.但综合考虑水路阻力损失和冷板表面结露等问题,建议取管内流速0.3m/s,供水温度不低于16℃;室温和非供冷壁面温度升高,冷板供冷能力亦增大,表明冷板有自调节能力,当冷负荷变化较小可不考虑调节冷板的供冷参数.