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。     

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。     

多孔围护结构热湿耦合传递过程研究及进展

相对于干热干冷气候区,湿热湿冷气候区的多孔围护结构热湿耦合作用引起的传热计算是一个复杂的过程,在建筑节能工程计算中依然采用的是经验方法.本文以多孔围护结构热湿耦合传递过程为研究对象,对业界在理论研究、计算方法及模拟工具等方面取得的进展进行了深入的研究分析,总结了国内外在多孔围护结构热湿耦合传递过程研究中所取得的主要成果.针对存在的问题,指出了其应用的局限性,同时展望了该领域的发展趋势.     

蒸压加气混凝土砌块墙体热湿耦合传递特性

运用开尔文定律和克劳修斯-克拉贝龙方程,将多孔建筑材料内水蒸气传递量和液态水传递量转变为以水蒸气分压力为驱动势的统一函数,以温度和水蒸气分压力为驱动势建立了热湿耦合传递模型,并模拟分析了上海地区自然干燥状态下加气混凝土砌块墙体10a的热湿性能变化规律.结果表明:对于初始温度为298K,含湿量(质量分数,下同)分别为2.91%,3.45%,5.03%,8.60%的4种工况,经过1a的使用后,墙体内的温湿度分布不再受初始条件影响;在正常情况阶段,墙体内表面相对湿度均小于1.0,不会出现结露现象,但是在部分时段超过了0.8,易产生霉变;墙体内部含湿量呈周期性变化,空调季为3.34%~8.31%,平均值4.45%;采暖季为3.31%~3.69%,平均值3.47%.     

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。     

热湿气候地区墙体内部冷凝分析

根据Motakef和E1-Masri的研究,将墙体分为“干-湿-干”3个区域.以多孔介质传热传质学为基础,将水蒸气冷凝看成是湿源、热源、蒸汽汇,建立起墙体湿区域内、热湿耦合传递方程.通过分析解得到了墙体内冷凝率和液态含湿量的分布曲线以及达到临界含湿量所需的时间.分析结果表明墙体内的冷凝率跟湿区域两侧的温差成正比,最大冷...     

三相水分共存的多层墙体热湿耦合传递模型

考虑水分升华、凝华、气液和固液相变,以温度和水蒸气分压力为驱动势建立了气、液、固三相水分共存的多层墙体热湿耦合传递模型.构建了1面500mm(长)×450mm(高)×240mm(厚)试验墙体,利用恒温恒湿箱试验测试了箱体温度范围为常温~-33.94℃时墙体内部温度和平衡相对湿度的变化,分析了水分固液相变过程的特征,并对热湿耦合传递模型数值模拟计算结果的正确性进行了验证.结果表明:试验墙体内部温度和水蒸气分压力数值模拟计算结果和实测结果变化趋势相同,具有良好的一致性,各点温度数值模拟计算结果的最大相对误差为1.68%,平均相对误差为0.44%;水蒸气分压力数值模拟计算结果的最大相对误差为27.92%,平均相对误差为13.50%.该模型数值模拟计算结果能够满足一般工程领域的精度要求,可应用于三相水分共存的多层墙体热湿耦合传递过程数值模拟研究.     

有效湿渗透深度模型EMPD对建筑热湿耦合模拟的适用性研究

介绍了能耗模拟软件中使用最多的3种热湿耦合模型:有效湿渗透深度模型EMPD、热湿耦合传递模型HAMT以及有效湿容模型EC,分析了3种模型的公式基础及优劣。以南京地区办公室为例,使用能耗软件EnergyPlus作为计算平台,详细分析了EMPD模型对室内温湿度和全年能耗预测的准确度,比较了其与EC和HAMT的误差并分析了原因。研究结果表明,3种模型中EMPD在计算湿方面更接近作为参照标准的HAMT模型,尤其是在模拟夏季高温高湿情况下,误差小于5%,在计算能耗方面同样比EC模型更接近HAMT,误差小于8%,并且计算用时只有HAMT模型的几十至几百分之一,因此在需要兼顾计算精度和速度的情况下,可以选用EMPD模型进行建筑模拟。针对现有EMPD公式基础提出修改建议,以进一步提高计算精度。     

热湿气候地区湿传递对吸放湿墙体热湿性能的影响

以墙体中的空气含湿率和温度为驱动势建立了多层墙体的一维瞬态热湿耦合传递方程,将用此方程计算出的值跟用忽略湿传递的导热方程计算出的值进行对比得出湿传递对墙体热湿性能的影响。结果表明,对于吸放湿墙体而言,湿传递对墙体的热湿性能有着非常重要的影响。在进行墙体传热计算时,如果忽略墙体中的湿传递会产生较大误差,不能精确的预测墙体内的温度分布情况,并且导致计算出的空调负荷偏小,进而影响到空调的实际效果。     

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。     

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。     

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。     

极端热湿地区围护结构热湿耦合传递模型

极端热湿地区常年高温多雨,为了准确预测围护结构内的温度和湿度分布,模拟高温、高湿和高太阳辐射对围护结构的影响,建立了适用于极端热湿地区的围护结构热湿耦合传递模型,在边界条件中加入太阳辐射和雨水负荷对传热传湿的影响,考虑了随材料含湿量不断变化的材料物性参数。为了求解模型,提出了基于计算机软件COMSOL的模型求解方法,利用MATLAB计算方程组不断变化的系数,并确定了软件容差和网格的设置条件:相对容差推荐设定在0.001,绝对容差设定为0.000 1,网格按极细化划分。通过对比HAMSTAD标准实例验证了模型的准确性。     

Proper generalized decomposition for solving coupled heat and moisture transfer

This paper proposes a reduced order model to simulate heat and moisture behaviour of material based on proper general decomposition (PGD). This innovative method is an a priori model reduction method. It proposes an alternative way for computing solutions of the problem by considering a separated representation of the solution. PGD offers an interesting reduction of numerical cost. In this paper, the PGD solution is first compared with a finite element solution and the commercial validated model Delphin in an 1D case. The results show that the PGD resolution techniques enable the field of interest to be represented with accuracy, with a relative error rate of less than 0.1%. The study remains in the hygroscopic range of the material. As the numerical gain of the method becomes interesting when the space dimension increases, this resolution strategy was then used on a 2D multi-layered test case. The dynamics and amplitude of hygrothermal fields are perfectly represented by the PGD solution. Temperature and vapour pressure modelled with PGD can be used for post-processing and analysing the behaviour of an assembly.     

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     

风火山隧道空气与围岩对流换热和围岩热传导耦合问题的三维非线性分析

根据流体力学、冻土学和传热学的基本理论,建立了寒区隧道空气与围岩对流换热和围岩热传导耦合问题的三维计算模型,用Galerkin法进行了有限元分析,进一步编制了有限元计算程序。运用该计算程序对青藏铁路风火山隧道空气与围岩对流换热和围岩热传导耦合问题进行了三维非线性分析。结果表明:运用该计算模型和有限元计算程序,在不知道寒区隧道内气温的情况下,能够正确预测围岩的冻融状态,从而节约现场观测隧道内气温的费用。     

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。