ANSYS的二次开发与多维稳态导热反问题的数值解

由于反问题本身所具有的不适定性和复杂性,多维导热反问题的数值方法往往偏于复杂。建立了稳态导热控制方程、边界条件以及附加条件(测量温度)来表述的三维稳态导热反问题的数学模型。在此基础上,利用参数化设计语言APDL对大型通用有限元分析软件ANSYS进行简单的二次开发,从而可快速简易地求解各种复杂几何形状物体导热的反问题,而且只需知道部分点的温度值,无需对热流量进行测量,从而减小因测量误差而带来解的偏差。对一个已知导热系数的物体进行稳态导热反问题求解,误差很小,绝对误差0.055W/m2·℃,相对误差为1.72%,验证了本方法的可行性。而且,为进一步提高解的精确性,可多测量几组,求解出相对应的导热系数,然后把其平均值作为待求的导热系数。此方法同样适用于已知初始条件的多维瞬态导热问题。     

建筑节能窗传热维数的数值分析

为准确了解建筑节能窗的传热特性,采用数值模拟方法对典型节能窗的玻璃系统和窗框系统传热维数进行分析。结果表明:玻璃系统为一维传热过程,水平窗框系统为二维传热过程,竖直窗框系统则为三维传热过程。在竖直窗框系统中三维传热模拟结果与二维传热模拟结果相差6%以上。     

墙体对窗户传热特性影响的数值分析

为分析墙体对窗户传热特性的影响,本文采用数值分析与实验研究相结合的方法,分别计算了有无墙体,不同的窗户安装位置、墙体导热系数以及墙体厚度等情况下整窗传热系数。结果表明:在所有工况下,考虑墙体影响后整窗传热系数均增大。窗户的安装位置从墙内侧移到墙外侧时整窗传热系数增加率从2.91%增加到6.21%;随着墙体导热系数的增加整窗传热系数的增加率从4.51%增加到5.56%;墙体厚度对整窗传热系数的影响不大。     

基于生命周期的土壤源热泵系统CO2减排效果评价

基于生命周期理论,分别对土壤源热泵系统和溴化锂冷水机组/集中供热系统的CO2排放量进行计算,采用CO2回收期和减排量两个指标对土壤源热泵系统进行减排效果评价。计算结果表明,在建造阶段,管井钻探、热泵机组、聚乙烯管和置换土壤的CO2排放量分别占CO2排放总量的47%、31%、17%和5%。管井钻探过程在CO2排放总量中占主要地位,它具有减少CO2排放量的最大潜力。建造阶段土壤源热泵系统比溴化锂冷水机组/集中供热系统增加CO2排放量为224t,运行阶段土壤源热泵系统减少CO2排放量为237t/年。在整个生命周期(20年)内,土壤源热泵系统的CO2回收期为0.95年,减排量为4745t。     

夏热冬冷地区供暖基准温度的影响因素分析

为研究气象参数、窗墙比以及建筑朝向等因素对夏热冬冷地区供暖基准温度的影响,采用Energy Plus能耗模拟软件,选取成都等8个夏热冬冷地区典型城市,分别计算了室外干球温度、太阳辐射强度、窗墙比和建筑朝向等不同模拟工况下的供暖基准温度,确定了夏热冬冷地区供暖基准温度的大致范围。结果表明:窗墙比和建筑朝向对供暖基准温度影响较小,相同城市不同模拟工况下供暖基准温度的波动范围最大为0.5℃;太阳辐射强度对供暖基准温度的影响较大,重庆地区由于太阳辐射强度最弱,其供暖基准温度最大,成都次之,上海最小;若太阳辐射强度相差不大,而室外干球温度相差较大时,室外干球温度较低者供暖基准温度较小;不同城市的供暖基准温度波动范围为14.6~16.4℃。     

成都地区相变墙体夏季工况的参数优化及效果分析

为了解相变墙体传热特点和评价相变材料在成都地区的使用效果,建立相变墙体传热数理模型并通过实验验证模型正确性。在此基础上分析了成都地区夏季工况下相变材料的相变温度、相变区间、相变潜热和导热系数对使用效果的影响,并对参数进行优化。结果表明:适合成都地区夏季墙体内表面的相变材料的相变温度为25～26℃,相变区间为2℃以内,相变潜热与使用效果呈线性关系,导热系数对使用效果影响不大。     

西昌市太阳能热水系统集热面积、水箱容积与倾角的组合优化

太阳能热水系统设计中集热器面积、水箱容积、最佳倾角是相互影响的,在辅热量最小原则下,三者还没有一个系统的组合优化方案。为研究三者的组合关系,建立完整的太阳能热水系统模型,提出一套系统的组合优化方法。综合考虑技术、经济因素对系统性能的影响,提出净节省费用的概念,并依据辅热量最小原则与净节省费用最大原则分别给出两套组合优化方案,进而对两套方案进行分析。为太阳能热水系统中集热器面积、水箱容积、最佳倾角的合理设计提供依据。     

双水箱太阳能集中热水系统关键参数优化及建筑类型的适用性研究

为对供热水箱容积、供热水箱控制最低水位、补水泵流量、集热水箱放水温度等关键参数进行系统优化,建立典型的双水箱太阳能集中热水系统仿真模型,以太阳能保证率和集热效率为主优化指标。结果表明:部分工况下供热水箱容积的增大会引起太阳能保证率的增大,但集热器的集热效率会有所减小;对于供热水箱通过水位控制的双水箱太阳能集中热水系统,建筑类型对系统补水泵流量的影响较大;对于集热水箱到供热水箱的热水通过温差控制的热水系统,放水温度应大于用户用水温度;双水箱太阳能集中热水系统,更适于24 h连续供水的建筑类型。     

方形蓄热单元内铝铜合金熔化和凝固特性数值模拟

对中心带有恒温换热圆管的方形蓄热单元内铝铜合金的熔化和凝固过程进行数值模拟,研究相变材料(PCM)的熔化和凝固特性以及蓄热单元宽高比对PCM熔化和凝固特性的影响,并探讨蓄热面积系数对蓄热单元最佳宽高比的影响。结果显示,对于中心换热管直径为20mm、横截面积为6400mm~2的方形蓄热单元,PCM的熔化和凝固时间均随宽高比的增加呈现先缩短后增长的变化趋势,且当宽高比为1.56时,PCM的熔化时间最短,定义其为该潜热蓄热量条件下蓄热单元的最佳熔化宽高比;当宽高比为1.00时,PCM的凝固时间最短,定义其为方形蓄热单元的最佳凝固宽高比。此外,当蓄热面积系数增加时,蓄热单元的最佳熔化宽高比出现增大趋势,而最佳凝固宽高比保持不变。方形蓄热单元的宽高比应结合实际应用条件进行合理选择。     

基于TRNSYS的空气源热泵辅助太阳能热水系统优化研究

为实现空气源热泵辅助太阳能热水系统中关键参数的优化匹配,基于TRNSYS动态模拟平台建立完整的空气源热泵辅助太阳能热水系统模型。以系统生命周期成本为目标函数,以集热器面积、集热器倾角、水箱容积及热泵功率为优化变量,借助GENOPT软件调用Hooke-Jeeves算法对系统各变量进行同步优化,并对各优化变量进行敏感性分析。以西昌市某学生宿舍的空气源热泵辅助太阳能热水系统为研究对象进行优化。研究结果表明,优化后的COPsys普遍提高,系统性能得到明显改善,系统全年运行费用缩减,全年节电率高达9.11%。并在此基础上提出关键参数的推荐匹配原则:单位集热面积水箱容积为70 L/m~2,单位集热面积热泵功率为60 W/m~2,最佳集热器倾角为φ-6°(φ为当地纬度)。对空气源热泵辅助太阳能热水系统进行设计时,可依据以上匹配原则对热泵功率、集热器面积、水箱容积、集热器倾角按照先后顺序进行优化。研究结果可为空气源热泵辅助太阳能热水系统的优化设计提供理论依据。