建筑外表面对流换热系数的CFD模拟

建筑外表面的对流换热系数是建筑节能和城市环境模拟的重要参数.文中首先对萘升华技术实测的建筑楼顶水平表面对流换热系数与计算流体力学(CFD)的模拟结果进行对比,验证了CFD模拟技术在建筑外表面对流换热系数研究中的可适用性,然后利用CFD计算模型对单一建筑和5种建筑群的外表面对流换热系数进行模拟计算,结果表明:每一单体建筑表面的对流换热系数均是楼顶表面最大,背风墙表面最小,侧墙表面和迎风墙表面几乎相等;建筑之间的间距越大,建筑表面对流换热系数也越大;高层建筑会使本身及其附近建筑外表面的对流换热系数增大;在建筑群相互遮挡的情况下,风向的改变会导致建筑外表面对流换热系数的变化.也就是说,建筑外表面对流换热系数受到风速、风向、建筑密度及周围建筑高度的强烈影响.     

建筑水平屋面对流换热特性实验研究

本文分析了现阶段建筑外表面对流换热研究存在的问题,设计了一种用于现场实测建筑外表面对流换热特性的萘升华方法,并利用该方法对高大单体建筑水平屋面的对流换热特性做了测量。实测结果表明建筑屋面的对流换热系数和屋面上方的代表风速成正比,代表风速在5.6m/s以内时,对流换热系数在5-50W/m2K。通过分析表明萘试件表面的温度波动和屋面和空气之间的温差对实测结果影响不大。本文考虑了建筑尺度对对流换热的影响,以风登陆屋面沿风向到测点的距离为代表长度,对实测结果做了无量纲化处理,得到了考虑到建筑尺度的建筑屋面对流换热无量纲准则。     

建筑外表面对流换热系数的CFD模拟研究

建筑外表面的对流换热系数是建筑节能和城市环境模拟的重要参数。本文首先通过CFD模拟结果与萘升华技术法的实测结果进行比较,验证了CFD模拟技术在建筑外表面对流换热系数研究中的可适用性,然后利用CFD计算模型进行模拟仿真,发现建筑外表面对流换热系数受到风速、风向、建筑密度及周围建筑高度的强烈影响,并初步得到了不同建筑工况及气象条件下建筑外表面对流换热系数的分布规律。     

风速风向对上海地区建筑物南墙冬季太阳辐射得热的影响

以上海地区典型冬季气候条件为基础,考虑风速与风向对围护结构传热过程和对太阳能的实际吸收效果的影响,利用数值方法模拟了建筑物南墙在太阳辐射作用下的传热过程.结果表明,风向和风速对围护结构外表面对流换热系数、外表面温度的影响都较大,对外保温墙体的净得热和对流散热量也有一定程度影响.在南墙背风且风向斜吹(风向与南墙法线夹角为135°)时,太阳辐射净得热量最大.南墙在一天中的净得热量随着风速增大而下降,但当风速增大到3m/s后,南墙的太阳能实际吸收率不再明显下降.由此表明,尽管上海地区冬季出现大风的概率较高,但并不会明显削弱南墙对太阳能的有效吸收.     

建筑外表面对流换热系数对自保温墙体夏季净得热量的影响

以上海地区典型夏季气候条件为基础,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟的方法分析讨论了建筑南墙在不同的太阳辐射强度作用下,建筑外表面对流换热系数对南墙吸收太阳辐射的影响。结果表明,在太阳辐射作用下,外表面对流换热系数对围护结构净得热量的影响很大。当太阳辐射强度相同时,对流换热系数为19.0 W/(m~2·K)时的南墙净得热量比8.5 W/(m~2·K)时的净得热量约少40%;若外表面对流换热系数过小,即使在阴天,围护结构的净得热量仍可能多于晴天下对流换热系数较大时的净得热量。     

太阳能被动蒸发风洞研制

随太阳辐射动态周期变化的空气温度、湿度等气候参数小时间步长控制的模拟实验环境,可以实现建筑围护结构热工性能的重复性实验,是研究多孔建筑材料及室外环境铺装材料在自然气候要素下被动蒸发降温问题的重要手段。介绍的动态热湿气候动态风洞实验台,在传统风洞风速模拟与控制实验技术基础之上,通过增加太阳辐射模拟和空气温湿度控制,初步实现了对室外自然气候中太阳辐射、风速及温、湿度环境的模拟控制。经过对可视化程序设计的风洞环境测控系统的调试,风洞内四参数辐射照度、风速、温度和湿度各指令值与模拟值的平均偏差分别为-0.6%, 2.9%, 0.7%和-0.7%,该风洞实验台可以用于含湿建筑材料太阳能被动蒸发降温问题的研究。     

应用萘升华法实测建筑外表面对流换热

建筑外表面对流换热系数（CHTC）是建筑节能和城市环境中的重要参数．提出利用萘升华热质比拟技术来研究建筑外表面对流换热系数的方法,并以单栋建筑水平外表面为研究对象进行了实测通过与涡旋相关法的实验结果进行比较,发现两种方法的结果趋势一致茶表面温度波动和不同传热温差对实测结果影响不大．同时,本文中还对萘升华法的精度进行了分析最后,利用实测数据得到建筑外表面对流换热系数预测式．分析和比较结果表明,萘升华是一种测量建筑外表面对流换热系数的有效方法．     

极地海洋工程装备圆管结构的对流换热影响

电伴热是极地海洋工程装备防寒主要措施，而热平衡是对流换热的关键问题.以圆管构件为研究对象，采用有限元数值仿真软件Fluent数值仿真与模型实验相结合的方法，分析了圆管构件在风速为0～40 m/s、温度为-40～0℃的极地环境条件下对流换热系数变化情况；基于数值仿真数据建立了电加热圆管构件对流换热系数的预测模型.结果表明：增大风速和降低温度都会增加圆管构件的对流换热系数；温度低于-30℃或风速大于25 m/s且温度低于-20℃时，温度对圆管的对流换热系数影响增大；实测数据验证了该模型的合理性.     

时变对流模式下混凝土厚壁结构内生热场分布

针对高墩混凝土箱梁墩顶块水化热温度场分布状况,考虑了风速的影响,建立了时变对流热传导模式,利用ANSYS分别对时变对流换热系数和稳定对流换热系数下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场进行了分析,总结了时变对流模式下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场的分布规律,并与实测值进行了对比。研究结果表明:时变对流计算模式适合计算高墩混凝土箱梁墩顶块的水化热温度场;混凝土箱梁墩顶块水化热温度分布以腹板、顶板、底板与横隔板的交合部分为球心呈层状向外逐渐减小;随着时间的延伸,水化热温度分布形状相似,相应区域内温度值降低;时变对流换热系数下水化热温度峰值出现时间约为56 h,稳定对流换热系数下水化热温度峰值出现时间约为80h;风速对各测点的水化热温度峰值及其发生的时间影响较大,增大风速可降低水化热温度峰值,缩减温度峰值出现的时间。     

现代城区热环境与污染物扩散的大涡模拟研究

本文以北京(CBD)中心商业区为例,模拟了典型夏季晴天CBD小区大气流动,考察了CBD小区风场、温度场和污染物扩散过程.数值求解过滤的不可压缩流体Navier-Stocks方程组,采用有限体积的离散方法,时间方向推进采用三阶Runge-Kutta法,按照SIMPLE算法求解不可压缩大涡模拟方程组.为适应城市小区内复杂的湍流流动,采用Lagrange动力模式封闭亚格子雷诺应力.通过表面能量平衡关系确定建筑表面的温度分布.结果表明壁面温度主要由太阳辐射决定,而空气温度主要由对流换热决定.通过研究风向和浮力对污染物浓度分布的影响,发现污染源近场的扩散过程受建筑分布、风向和局部流场的影响显著,冠层内羽流偏转明显;浮力促进垂向对流,扩大垂向羽流宽度,但对展向羽流宽度影响不大.     

蒙古包现状分析与窗户节能改造研究

以内蒙古地区的蒙古包建筑为研究对象,采用实地调研、实验测量和建筑能耗模拟软件DeST-h的仿真模拟相结合的方法,从自然采光和建筑供暖能耗两方面分析蒙古包的现状,并研究窗地比和窗户材质对蒙古包的供暖能耗的影响。结果表明,蒙古包的供暖能耗随窗地比的增大而减小,在窗户节能改造中宜采用大窗地比,在窗地比最大为0.0482时,采暖季热负荷指标相比传统蒙古包降低0.73 W?m-2;选取蒙古包窗户材质时,要综合考虑窗户的传热系数、遮阳系数SC值和太阳能得热系数SHGC等参数,在本文研究中高透低辐射玻璃的供暖能耗最小,相比采用普通6 mm单玻璃的传统蒙古包节省6.64 kW?h?m-2能耗,降低1.38 W?m-2热负荷指标。     

环境参数对PTR70真空集热管外壁面温度的影响

为了利用玻璃管外壁面温度判别集热管真空,考虑集热管的传热平衡,推导出玻璃管外壁面温度与集热管热损失的关系表达式,结合PTR70真空集热管实验拟合关联式,确定不同环境风速、环境温度、太阳辐射强度以及管内循环工质温度下,PTR70真空集热管处于良好运行状态时的玻璃管外壁面温度范围.结果表明:环境变化仅改变玻璃管外壁面温度,对集热管热损失的影响相对较小.随着环境风速的增大,玻璃管外壁面温度先是急剧减小,然后趋于平缓；随着环境温度的升高,玻璃管外壁面温度呈线性升高；太阳辐射强度的变化对玻璃管外壁面温度几乎没有影响.工质温度是影响PTR70真空集热管热损失的最主要因素,玻璃管外壁面温度和集热管热损失都随工质温度的升高而增大,且增幅越来越大.     

液黏离合器摩擦副对流换热系数数值模拟研究

为了预测液黏离合器的温度场分布及热负荷特性,通过数值模拟研究求得摩擦副散热面的对流换热系数。应用计算流体动力学软件CFX建立了摩擦副流固耦合有限元模型,获得了摩擦副的温度场分布,综合考虑换热表面形状、摩擦片转速、油液流速和入口压力、流体物理性质等因素,揭示了各因素与对流换热系数之间的内在联系。结果表明：摩擦副温度从内径到外径逐渐升高,菱形区域中心温度比四周高。摩擦片转速越大对流换热系数越大;油液黏度越小,入口压力越大,对流换热系数越大。可见,油液流速对换热系数的影响最为显著;摩擦片转速、油液的入口压力和黏度会改变流速及流体的运动状态,从而影响对流换热系数。     

中厚板辊式淬火机淬火过程的温度场分析

通过建立中厚板辊式淬火机淬火过程的热传导控制方程,分析了热交换系数、淬火方式对中厚钢板淬火过程中温度场的影响.分析表明,淬火过程中,一定厚度的钢板,换热系数在一定范围内增大时,对流换热边界条件对钢板表面及内部温度变化影响效果显著;中厚板辊式淬火机淬火过程的特点在于,钢板首先通过冷却强度很大的高压淬火区冷却,使板材内部保持很大的温度梯度,从而保证板材获得较大的冷却速度;在较低冷却强度的低压淬火区完成淬火过程,板材内部温度梯度减小,可降低板材内部热应力.     

基于计算流体动力学的晋东南传统院落内部风环境数值分析

为提升晋东南传统村落院落内部风环境舒适度,同时给城市不良风环境问题提供解决经验,对晋东南传统村落院落风环境进行了定量研究.通过实地调研和测绘晋东南典型传统聚落民居布局现状,将该地院落基本形式分为21个工况,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟分析进行定量分析.使用风速比评估法针对夏季和冬季不同的风环境要求展开讨论,并将每一种工况的院落形态量化,分析各工况院落内平均风速比与建筑体积的耦合关系.结果表明:建筑物全围合的"口"型院中的几种方案更能兼顾夏季散热与冬季抗寒的功能,且西厢房高东厢房低的布局能营造更优质的风环境;风速比曲线的单调区间主要由民居围合形式决定,单调性则由主要由民居组合高度决定.     

地面热力条件对庭院式建筑内部空气环境的影响

太阳辐射、人员聚集和存在散热设备等通常对庭院式建筑内部敞开空间的热环境产生重要影响.在不同背景风速和地面热力条件下,对庭院内部流场和颗粒污染物浓度分布特征进行了数值模拟计算和讨论分析.结果表明,在背景风速较大时(＞3.0 m/s),地面热力条件对庭院内部气流和粒子浓度分布特征的影响可以忽略;但当背景风速较小时(0.5 m/s),地面热源产生的热压作用对庭院内气流和粒子浓度分布有较大影响.较高的地面散热强度将增加庭院换气率,但同时也存在着庭院下风向建筑内部污染物浓度增加的可能性.     

沥青混合料铺筑温度场的有限差分仿真模型

为确定热态沥青混合料在特定条件下的铺筑温度场,建立了铺筑温度场的一维非稳态仿真模型。仿真模型采用有限差分隐式格式,取静态定值气温、风速、太阳辐射、表面洒水量、下承层初始温度场以及下承层材料热物性参数,每隔一时间步长而变化一次的表面传热系数、有效辐射、铺层材料导热系数和比热容,随前三次碾压每次非连续变化一次的铺层材料密度。从而将求解一维非稳态铺筑温度场转化为用数学工具求解沿铺层厚度方向任意位置处每隔一定时间间隔的温度值。结果表明:经仿真模型验证,确定了仿真模型的准确度和可信度。     

嵌入制热材料的自制热导线防冰

为了解决现有高压输电线路防冰技术的不足,提出了一种能实现防冰功能的自制热导线设计方法,简要介绍了其防冰的原理.根据传热学分析了导线传热机理,并对覆冰环境进行热平衡分析,建立了导线温度场方程,提出了自制热导线临界防冰电压计算式.应用有限元分析软件对自制热导线进行热学稳态仿真,结果验证了导线温度场方程和临界防冰电压计算式的正确性.研究了环境对导线钢芯温度、临界防冰电压和等效对流换热系数的影响规律.结果表明:风速和环境温度是影响导线钢芯温度、临界防冰电压和等效对流换热系数的主要因素.