蓄热过程中非饱和土壤热湿迁移特性的数值研究

基于多孔介质传热传质理论,建立了在蓄热过程中关于非饱和土壤热湿迁移的数学模型,采用控制容积法,利用Matlab软件对模型进行了数值求解,得到了基本的传热传质机理及温湿度场间的关联性,为优化地下蓄/放热系统提供参考依据。     

围护结构内热湿耦合数值模拟分析

围护结构内热湿耦合传递是一个复杂的过程,其研究是降低建筑能耗,改善室内空气品质,提高围护结构性能的基础。CHAMPS-BES软件由美国能源部和雪城大学共同开发,该软件可以用来模拟计算多场耦合,包括热、湿、空气和污染物耦合模拟计算,同时可以用来模拟建筑的整体能耗。介绍了该软件的基本数学模型、边界条件、气象条件等,并分析了某种建筑围护结构内热湿耦合迁移过程,得到围护结构初始温湿度和室外气象条件对其温湿分布影响最大,新建围护结构在约700d后其内部相对湿度才达到稳定周期性变化,所以在为避免日后产生结露、发霉等现象,以及避免降低围护结构的耐久性方面,需要注意减低建筑围护结构的初始相对湿度以及避免建筑长期处于高湿度环境中。     

建筑材料在热湿耦合作用下的应力分析

为探讨温湿度变化引起的热湿应力对建筑材料强度的影响,从热传导、湿扩散的耦合方程出发,求得瞬态温度场和湿度场,并推导出包含热湿效应的各向同性材料的本构方程,从而由数值法得出材料应力大小及分布。     

热湿气候地区墙体热湿耦合迁移模型热湿物性参数灵敏度分析

本文将热湿气候地区墙体热湿耦合传递模型中的等温吸放湿曲线斜率、液态水传递系数、水蒸气传递系数、导热系数、比热容作为输入参数,将温度和相对湿度作为输出参数,通过生成Sobol序列对热湿物性参数进行采样,并使用Sobol灵敏度分析法对采样结果进行灵敏度分析,得到热湿物性参数的一阶灵敏度指数和总灵敏度指数,进而分析各热湿物性参数对墙体内温湿度分布的影响程度。结果表明,等温吸放湿曲线斜率和液态水传递系数对墙体内的温湿度分布影响较大,而导热系数和比热容对墙体内的温湿度分布影响较小。因此,在进行墙体热湿耦合模拟时需将等温吸放湿曲线斜率和液态水传递系数视为温度和湿度的函数处理,而水蒸气传递系数、导热系数和比热容可视为常数处理。     

复合墙体热湿耦合传递模拟软件的开发与应用

为快速得到复合墙体温度场及湿度场,基于热湿耦合传递理论,以Fortran语言编制了复合墙体的热湿耦合传递计算程序,并在Windows操作环境下混编VB程序和Fortran程序,开发出复合墙体热湿性能模拟软件(HMCT1.0)。该软件可对不同室内外环境参数下复合墙体温度场、湿度场进行快速计算及分析,为方便快捷的选择合适墙体组材奠定了基础,并结合实例说明其应用。     

制热工况下地埋管周围土壤的热湿迁移试验研究

基于实际工程建立了地源热泵空调系统运行过程的岩土体原位观测站,实现系统运行状况和换热过程中岩土体温度变化、水分迁移的实时监测,通过冬季工况运行试验,揭示地源热泵运行过程中土体的热湿迁移效应。研究结果表明:冬季工况下该地源热泵空调系统的机组性能系数COP为3.58,具有良好的制热效果;土壤温度场的变化受地埋管热交换和大气环境变化两个因素的影响,但二者的影响范围及程度有所区别;土壤温度场的变化幅度随着与地埋管距离的增加而递减,竖埋管热作用的影响半径约2.0 m左右,水平埋管热作用的影响半径约1.0 m左右;地埋管热交换对土壤湿度场的影响不显著,但大气降雨引起的地表水入渗和地下水位的变迁对土壤湿度场变化有明显影响。     

热湿环境下人体热反应的实验研究

采用问卷方式，对热湿环境下人体热感觉、对空气湿度的感觉、吹风感觉及热舒适感觉进行了研究，分析了空气相对湿度对热舒适的影响，给出了高温高湿条件下人体热反应的规律。并在分析人体散热的基础上，提出了一个可以对热湿环境中人体热舒适进行预测的数学模型。     

太阳能-地下坑槽季节土壤蓄热热泵供热系统

介绍了太阳能一地下坑槽季节性土壤蓄热热泵供热系统的组成、运行模式,建立了系统的数学模型,编制程序针对北京地区进行了全年动态模拟。地下坑槽内的土壤可以保持以年为周期的热平衡,系统的年平均性能系数为6．89。     

多层墙体热湿迁移数值模拟

以4层复合墙体为例,在室外空气温湿度正弦变化、室内空气温湿度固定条件下,对墙体外壁面、分层界面(由室外到室内分为界面1~3)、内壁面的温度、热流密度、单位面积热阻、含湿量的变化进行分析。朝向室外的墙面为外壁面,朝向室内的墙面为内壁面。界面1为水泥砂浆层与离心玻璃棉保温层界面,界面2为离心玻璃棉保温层与红砖层界面,界面3为红砖层与水泥砂浆层界面。外壁面、界面1、界面2温度主要受室外温度影响,界面3、内壁面温度主要受室内温度影响。界面1热流密度在3 h前增大,3 h开始逐渐降低,之后呈正弦波动,与室外温度变化同步。界面2热流密度始终为正,在4 h前非常小,4 h后呈正弦波动,变化滞后于室外温度。界面3热流密度在1 h前增大,然后逐渐减小并趋于0,始终为正值。考虑传湿时,界面1~3单位面积热阻比忽略传湿时略小。界面2的单位面积热阻大于界面1、3,且变化最小。界面1含湿量受室外空气相对湿度影响明显,与室外相对湿度变化相比,存在一定延迟。     

太阳能-土壤源复合热泵中蓄热过程的实验研究

针对太阳能-土壤源热泵地埋管高温储热条件下土壤的热湿迁移现象,建立了一维土壤高温蓄热热湿迁移实验装置。目的在于探讨温湿度迁移现象,分析温湿度相互影响规律和温湿度耦合机理。实验结果表明,土壤的温湿度迁移过程中,温度场和湿度场之间具有十分强烈的关联性。热源附近干涸和固结现象及温度场降低趋势等结论,验证了前人的结论。为高温储热条件下土壤非饱和区热湿迁移过程的进一步深入研究奠定基础,为土壤源热泵在实际工程中的优化设计做出基础的理论指导。     

土壤水分迁移对地埋管换热器夏季性能的影响

基于一维线热源理论,建立了同时考虑温度和含水量变化的土壤热湿传递线热源模型。针对地源热泵夏季运行工况下地埋管周围土壤温湿度的变化进行了数值模拟,结果显示,水分迁移对土壤含水量的影响主要集中在钻孔内。对模拟结果与一维热湿传递实验结果进行了对比,发现二者具有较高的相似性。数据拟合得到不同土壤初始质量含水量下对普通线热源模型地埋管换热量的修正公式。通过对不同埋深地埋管换热量的加权分析,认为当夏季平均地下水位高于-20m时,可以不考虑水分迁移引起的换热量偏差。     

围护结构热湿耦合传递模型及简便求解方法

为了预测围护结构内的温度和湿度分布,以连续变量,相对湿度和温度为驱动势,考虑热传递与湿传递之间的耦合作用,建立了围护结构热湿耦合传递非稳态模型,并提出了基于多物理场耦合仿真模拟软件COMSOL的热湿耦合传递模型简便求解方法。通过对比新建模型模拟结果与HAMSTAD标准验证实例,验证了模型及求解方法的准确性。     

多层墙体热湿耦合传递模型及验证

从非平衡热力学角度论证了多层墙体热湿耦合过程采用水蒸气分压力和温度作为驱动势的合理性。由于水蒸气分压力是含湿量和温度的函数,利用全微分思想,建立了多层墙体热湿耦合传递模型,该方法可避免Budaiwi方法在热湿耦合模型建立过程中采用的空气含湿量与相对湿度间的近似表达式,而且简化了方程系数,便于方程的求解。通过对多层墙体求解结果的对比,验证了该模型的有效性。     

水电站无压尾水洞引风热湿交换特性的现场测试

对映秀湾水电站无压尾水洞引风过程中的室外空气温湿度、尾水洞出口空气温湿度、尾水进出口温度、引风量等参数进行了测试。测试结果表明,夏季运行时无压尾水洞对引入空气有良好的降温除湿效果;在无压尾水洞足够长的条件下,尾水洞末端引风参数主要受尾水温度的影响,而受室外空气参数的影响很小,尾水洞出口空气接近对应尾水温度的饱和状态。     

地下洞室多孔墙体热湿传递的数值模拟

提出了一种以温度与相对湿度为驱动势的多孔墙体热湿耦合传递的数学模型,该模型同时考虑了水蒸气与毛细孔内液态水的传递。采用控制容积法将理论方程组离散并编制了计算程序,对深埋地下洞室的墙体进行了热湿传递的数值模拟,得到了墙体温度、相对湿度、热流率、湿流率的变化规律。结果表明,墙体传热过程趋于稳定的时间远小于传湿过程。     

非饱和土孔隙气、水、汽、热耦合运动之模拟(英文)

旨在介绍一个描述非饱和土孔隙气、水、汽、热耦合运动的理论模型。该模型假定孔隙气和孔隙水运动分别遵循达西定律 ,而影响水蒸汽运动的两种主要因素分别是分子扩散和孔隙气运动 ,其中受分子扩散影响的孔隙水蒸汽运动可用Fick定律描述。热转移则主要包括了三种形式 ,即传导、对流和汽化潜热。根据有限单元法 ,编制了一个三维的计算机程序用以模拟非饱和土孔隙气、水、汽、热的耦合运动。通过数值分析与干沙试验结果之比较 ,验证了文中之理论模型和计算机程序的可靠性     

土壤温度场对竖直U形地埋管换热性能的影响

对广州地区地下50 m以内土壤温度分布进行了模拟,研究了土壤温度的分布特性和变化规律,模拟了冬季工况下埋管区域土壤温度场的分布情况,分析了动态负荷分布对地埋管换热性能的影响.     

多孔墙体湿分传递与室内热湿环境研究

简要回顾了多孔建筑材料基本湿特性和湿迁移基本理论。对多孔墙体湿迁移的水蒸气理论模型、有效渗透深度理论模型、蒸发与凝结理论模型、考虑液体和水蒸气同时传递的热湿耦合模型和室内热湿环境平衡方程进行了综合分析。指出目前多孔建筑材料热湿传递和室内热湿环境研究的热点和存在的问题。     

饱和土水热耦合分离冰冻胀模型研究

针对饱和土一维冻结过程中的冻胀发展过程,在已有的描述透镜体生长过程的水热耦合模型的基础上,建立了水热耦合分离冰冻胀模型。利用固体表面水膜的热力学理论分析了冻土中未冻水膜在相界面上的平均分离压力,指出当该压力大于土层破坏的临界压力时,冰透镜体产生;以活动透镜体底端将土柱划分为主动区与被动区,主动区过程采用透镜体生长的水热耦合模型描述,而被动区为近似导热过程,由此建立了完整冻胀模型;提出了透镜体的分离冰生长方式,并与刚性冰生长方式进行了对比,阐述了本文模型与已有的各类模型之间的联系。采用有限容积法对模型进行了数值计算,与Konrad的3组试验进行了对比,结果表明模型很好地反应了土体冻结过程中温度场及冻胀的发展过程。