自力式套管封装相变墙体排热系统及相变简化模型研究

建筑能耗日益增加,新型建筑节能技术越来越受到人们的重视。在建筑空调领域,提高建筑围护结构的热特性能够明显减少室内负荷,降低建筑能耗。本文提出了一种新型自力式套管封装相变排热节能墙体系统。该墙体系统充分利用夜间天空辐射冷却实现墙体内热量的自动转移。针对该墙体内嵌入的套管相变材料建立了4R2C热容热阻简化相变传热模型,并利用遗传算法对模型参数进行辨识。进一步搭建了套管相变材料的实验平台,并将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明,4R2C简化相变模型能够准确的模拟套管相变材料的传热特性,内套管表面温度与热流平均误差分别为0.45℃和14.4%。简化相变模型能够很好与墙体热模型耦合,实现自力式套管封装相变墙体系统热特性与节能特性的集成模拟。     

内嵌管式辐射地板传热简化模型研究

本文建立了考虑绝热层向下传热的内嵌管式辐射地板传热的简化计算模型,并获取了其解析解。同时对该地板辐射传热进行了数值模拟,计算结果可作为评价解析解准确性的参考标准。计算结果表明,不考虑绝热层向下传热的地板表面温度及热流解析解结果与数值模拟结果有很大的差异;考虑绝热层向下传热的地板表面温度及热流解析解结果与数值模拟结果比较吻合,温度平均误差为0.22℃,热流平均相对误差为3.2%。     

多相变材料蓄热器蓄热特性数值模拟研究

本文基于单蓄热介质套管式蓄热器蓄热过程中换热流体沿流向的温度分布特点,提出了多相变材料套管式蓄热器,并采用数值模拟的方法研究了该蓄热器的蓄热过程特性,分析了蓄热过程中换热流体沿流向的温度变化特性,蓄热材料的熔化及温度分布特性。与单蓄热介质(切片石腊)相比,多相变材料(切片石腊和石蜡C16)蓄热器换热流体出口温度降低了38%,且达到相同液相率时其蓄热时间缩短了15%。结果表明,在蓄热时,相变材料的熔化温度随换热流体温度降低而相应降低将有利于提高蓄热速率、增大单位时间内的蓄热能力。     

套管式相变蓄热器内管排列方式和壁温的影响

以卧式套管式相变蓄热器为研究对象,该装置由外管、4根相同的内管、相变材料石蜡组成。外管半径为50 mm,长度为480 mm,内管半径为10 mm,长度为500 mm。外管套在4根内管外面,内管两端连接传热流体,外管和内管之间的封闭空间封装着石蜡。由于管长较短,假设传热流体进出口温度基本相同,将蓄热器简化为二维模型。通过COMSOL Multiphysics软件对二维模型进行求解,模拟当内管以正方形、菱形1、菱形2排列时,观察石蜡的熔化过程和凝固过程,分析不同排列方式对相变蓄热器传热的影响。选取传热效果最好的正方形排列方式,模拟不同内管壁温对石蜡熔化和凝固过程的影响,分析不同内管壁温对相变蓄热器传热的影响。结果表明:内管不同排列方式时,正方形排列石蜡熔化和凝固所需时间最短;正方形排列的内管壁温从313 K增加到323 K、333 K时,完全熔化时间分别缩短了43. 57%、57. 14%,内管壁温从293 K下降到283 K、273K时,完全凝固时间分别缩短了47. 57%、59. 97%。     

一种相变储能设备的强化传热数值研究

提出了采用铝片强化相变储能设备传热的新方法,并采用软件进行了二维数值模拟,得到了随时间变化的相界面位置、温度分布、表面热流和总凝固时间.从计算结果可以看出铝片结构参数和相变材料导热系数对传热性能的影响.     

相变通风屋面简化动态热网模型研究

本文提出一种新型建筑围护结构——相变通风屋面,该结构通过利用相变材料的相变潜热吸收室外得热,并利用夜间通风带走相变冷凝热,降低室内空调负荷。建立了相变通风屋面简化动态热网模型,利用遗传算法对相关参数进行了辨识,并对比分析了简化模型的准确性与实用性。结果表明,简化热网模型非通风和通风工况的模拟结果中,屋面内表面温度平均值与参考模型分别相差0.04℃和0.13℃,内表面温度的相对误差平均值分别为5.8%和8.9%,内表面热流相对误差平均值分别为4.0%和6.7%,准确性高,实用性强,计算量小,可嵌入到能耗模拟软件中进行节能特性分析及气候适应性分析。     

排风隔热墙的多孔渗流层临界厚度研究

排风隔热墙是一种新型节能外墙,本文利用其一维稳态传热简化解析模型,结合达西定律,获得了室内空气与外墙内表面之间的换热热流密度与多孔渗流层厚度的关联式.通过对给定压差条件下热流密度的极值分析,论证了渗流层临界厚度的存在,导出了该厚度的一维模型准确解及其近似计算公式.经过与墙体传热过程的二维数值计算结果相比较,发现获得的临界厚度的准确解误差小于2%、近似解误差小于4%,适合工程计算和分析.对排风压差、渗流层导热系数、外层结构热阻对临界厚度的单因素分析表明:随着排风压差、多孔材料导热系数及外层结构热阻的增大,渗流层临界厚度大致呈线性增加的趋势。     

套管式地埋管换热器传热模型研究

传热模型是套管式地埋管换热器设计和模拟的重要依据,现有套管式地埋管换热器传热模型存在精度低或计算时间较长的问题。提出了一种新的套管式地埋管换热器传热模型：采用热阻热容模型分析钻孔内的二维(径向和轴向)传热,采用无限柱热源模型分析钻孔外的一维(径向)传热。将该模型应用于一个分布式热响应测试,并将模拟结果与实验数据及其他模型结果进行了对比。结果显示,该模型的计算结果与实验结果吻合较好,所计算的短时间内的流体温度分布及进出口流体温度具有较高的精度。     

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。     

复合相变材料建筑墙体保温性能试验及研究

由相变材料和保温隔热材料制备的建筑墙体,不仅可降低采暖能耗,还可减少室内温度波动,提高舒适度。利用软件对复合相变材料建筑墙体传热过程进行数值研究,分析相变材料融化过程和凝固过程的物性参数变化,并将数值模拟结果与测验测量值进行对比。得出相变材料掺量、相变墙板位置对墙体内壁温度变化的影响。研究结果表明,当粉煤灰复合相变材料墙板厚度为6mm且相变墙板内置时,保温效果最好。     

被动式蓄热相变墙体热工性能的研究

选用石蜡与液态石蜡的二元混合物作为相变材料,按不同比例复合在墙体中,制成被动式蓄热相变墙体.实验分析了不同比例相变材料复合相变墙体的传热性能和节能效果,并与普通墙体进行比较,优选出相变材料最适合的复合比例.结果显示:在加热阶段,不同比例相变材料制备的相变墙体表面温度和热流均小于普通墙体,且温度和热流变化平缓、波动小,存在延迟和衰减现象;在停止加热阶段,普通墙体的温度和热流很快下降,而相变墙体表面温度和热流下降较为缓慢.试验数据为相变墙体的实际应用提供基础和依据.     

全年工况下双层相变墙体的传热性能分析

基于ANSYS的热焓法模型,模拟了全年工况下双层相变墙体的传热过程。重点比较了全年工况下相变温度对室内热流峰谷衰减和室内壁面温度的影响,特别是对过渡季节的影响,确定了相变层的最佳相变温度组合。研究结果表明:冬季室内侧相变温度为16～18℃的相变材料对热流的峰谷衰减延迟作用最明显,夏季室外侧相变温度为28～30℃的相变材料对热流峰谷的衰减延迟作用最明显,春秋季室内侧相变温度为18-20℃的相变墙体室内更舒适。全年最佳相变温度组合为室内侧相变温度为18～20℃,室外侧相变温度为28～30℃。     

预制轻薄相变复合供暖地板的构造与研究

提出了一种预制轻薄相变复合供暖地板,将相变材料渗入硅钙板构造层形成相变蓄热层。并采用ANSYS数值模拟软件对该相变复合供暖地板的传热性能进行了数值模拟,给出了地面表面温度和热流及其向下热损失,并对相变复合供暖地板进行了经济性分析。研究结果为地面辐射供暖技术的推广和应用提供了理论依据。     

低温热水辐射供暖相变墙板传热特性影响因素的研究

本文建立了添加相变材料的热水辐射供暖墙板的物理模型和数学模型,利用ANSYS软件对相变墙板在不同影响因素下的传热过程进行了数值模拟,并对热水辐射供暖相变墙板进行了优化设计.结果显示:室内空气温度对热水辐射供暖相变墙板散热特性的影响最为明显,但室内空气温度过高对相变墙板间歇供暖不利;在墙板中加入相变材料,可增加围护结构的热惰性,减小室温和热流的波动;热水辐射供暖相变墙板中的管间距不宜取的过大.研究结果可为热水辐射相变墙板供暖系统的优化提供参考和依据.     

相变蓄能采暖地板的热性能研究

以相变蓄能地板采暖房间为背景,抽象出二维传热方腔模型并进行数值模拟,对比相变地板系统和普通地板系统蓄放热性能差异。分析相变材料导热系数、相变潜热和相变温度等物性因素对地板系统蓄放热性能的影响。研究结果表明相变地板系统蓄放热性能良好,腔内温度波动小,舒适性高。     

含纳米颗粒石蜡物性参数对玻璃窗蓄热的影响研究

运用FLUENT模拟软件,建立了相变玻璃窗的动态传热数理模型,采用控制变量法,在不同相变温度、相变潜热、导热系数物性参数条件下,研究了夏冬两季双层玻璃相变窗内壁面热流随时间的变化情况,得到了相变材料物性参数对双层玻璃相变窗蓄热的影响。研究结果表明,相变材料的相变潜热和相变温度的升高在夏季可以明显增强隔热效果,改善玻璃窗的蓄热能力,在冬季影响较小;导热系数变化在冬夏两季均对传热性能影响较小。     

相变混凝土空心砌块传热性能实验研究

以填充相变材料的混凝土空心砌块为对象,采用热箱法对其在夏季气候条件下的传热性能进行实验研究。研究发现,相变材料填充在室内侧比填充在室外侧的效果要好,室内平均温度波幅降低10.0%,室内平均温度降低23.7%,室内平均热流降低12.4%。相变墙体对室内温度和热流衰减与室外环境温度波振幅和室外平均温度有关。室外温度波幅越大、室外平均温度与相变材料的相变温度越接近,相变材料对室内温度和热流的衰减越明显。可以根据不同地区的不同气候温度选择对应相变温度的相变材料,以达到更好的节能效果。     

湿迁移对墙体传热的影响分析

考虑温湿度对墙体材料热湿物性参数的影响,建立以相对湿度和温度为驱动势的墙体热湿耦合传递模型。在变温湿度边界条件下对墙体非稳态热湿耦合传递过程进行分析,计算得到墙体表面温湿度及热流密度,与不考虑传湿情况进行对比分析。结果表明：不考虑吸放湿时墙体内表面温度比考虑吸放湿时变化幅度大,且前者内表面平均温度与后者相差约0.9℃;因墙体内表面吸放湿作用引起的相变潜热约占总壁体传热量的27.5%,在负荷计算中不可忽略。     

壳管式相变储能单元蓄热性能的数值模拟研究

以一种壳管式相变储能单元为研究对象,其中石蜡作为相变材料,水作为换热流体,综合考虑蓄热过程中的显热储能和潜热储能过程,通过Simulink集成了动态储能过程模型并对其进行求解,将模拟结果分别与文献的模拟和实验结果进行对比,表明显热储能过程模拟结果和模拟结果的出口温度平均误差为1.83%;潜热储能过程模拟结果和实验结果的出口温度和融化程度平均误差分别为:0.70%和3.66%。本文使用相变材料的出口温度、充能完成时间、液相百分比和储能速率作为研究系统的性能指标,并模拟仿真不同换热流体进口温度和质量流量对系统性能的影响,换热流体进口温度从75℃增加到90℃,充能完成时间减少了37.6%,储能速率平均增加了63.3%;质量流量从0.07 kg·min-1增加到0.22 kg·min-1,充能完成时间减少了27.5%,预热阶段储能速率随着质量流量的增加而增加,相变潜热蓄热阶段质量流量对储能速率的影响不是很明显,过热阶段储能速率随着质量流量的增加而减少。     

新型平板热管蓄热装置固—液相变过程数值模拟

本文建立了新型平板热管相变蓄热装置的模型,利用数值模拟软件Fluent 6.2.16对以石蜡作为相变材料的融化过程进行了详实的研究,得到了相变材料的温度场和液相体积分数随时间的变化情况,分析了相变界面的变化规律。同时对不同翅片尺寸、不同传热温差下的传热情况进行了对比,得到了其对传热过程的影响规律。