墙体热、湿及空气耦合传递非稳态模型及验证

为了更准确地预测墙体内的温湿度分布,研究多孔介质墙体内的热、湿及空气耦合非稳态传递规律,以温度、相对湿度和空气压力为驱动势,考虑热传递、湿传递、空气渗透及其相互作用,建立了建筑多孔介质墙体热、湿及空气耦合传递非稳态模型,并采用有限元方法设计了相应的模拟计算程序.通过对比新建模型模拟结果与国际公认的HAMSTAD标准验证实例,验证了模型的正确性.     

热湿耦合迁移对长江流域建筑能耗模拟的影响

以温度和相对湿度为驱动势建立了热湿耦合迁移模型(CHMT),采用有限差分法以加权隐式格式离散控制方程,用C++编制计算程序;采用自编程序与有限元模拟软件COMSOL Multiphysics进行求解,将计算结果与实验数据和HAMSTAD验证实例进行对比,验证了模型的准确性;以上海、武汉和重庆的建筑南立面挤塑式聚苯乙烯(XPS)外保温砖墙为例,分别计算墙体在供冷季和供暖季的逐时得热量,并以累计得热量为指标,分析热湿耦合迁移对能耗模拟的影响.结果表明:当不考虑热湿耦合迁移时,上海、武汉和重庆的墙体在供冷季累计得热分别被低估10.04%,8.69%和9.11%;在供暖季累计失热分别被低估6.34%,6.62%和6.3%,因此在计算长江流域建筑能耗时应考虑热湿耦合迁移的影响.     

北美典型气候区建筑围护结构HM模拟及分析

为明确气候参数、材料参数对建筑围护结构模拟结果的影响,以及热湿耦合传递模型(HM)和被普遍采用的Glaser模型之间的差异,在热湿过程模拟软件WUFI Plus中选择北美典型气候区的20个代表城市,设置15组外墙构件,进行空间单元HVAC需求、室内热湿环境和外墙热湿性能的全年模拟.模拟结果与室外气候参数进行相关性分析,表明室外气温、太阳辐射、相对湿度和风驱雨不同程度地影响相关结果.通过材料参数控制所得2组HM和3组Glaser模型的对比,表明液态水相关参数、含湿量引起的材料参数的变物性取值对模拟结果有显著影响.北美典型气候区HM模拟对我国建筑围护结构热湿过程相关的气候参数、材料参数和评估方法的研究具有借鉴意义.     

制衣车间湿帘降温系统的CFD模拟

为研究湿帘降温系统在热湿地区制衣车间的热环境分布情况,使用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）方法,模拟湿帘降温系统下制衣车间内部温度场与相对湿度场的分布。用现场测试结果及计算结果设置相应边界条件,模拟结果显示,沿湿帘进口到负压风机出口方向室内温度呈递增趋势,平均每米增加0.031 ℃,室内相对湿度呈递减趋势,平均每米下降0.37%。将温度值和相对湿度值的模拟结果与测试结果进行对比分析,可知温度平均误差为0.57%,湿度平均误差为4.9%。研究证明了所建立三维CFD模型的准确性,为湿帘系统在制衣车间的布局优化提供参考。     

基于多物理场耦合的混凝土湿热变形数值模拟

为研究混凝土湿热耦合变形,基于混凝土微观组成结构特点,根据多物理场耦合作用和多孔介质湿热传输原理,建立了混凝土湿-热-力多物理场模型.并利用COMSOL数值仿真软件和提出的混凝土湿膨胀系数,在人机交互环境下,实现湿-热-力耦合数值求解.首先以Hundt试验为算例,验证了耦合模型和求解方法的可行性,然后利用该方法对某隧道混凝土湿热耦合变形进行了模拟计算.将多物理场耦合数值模拟结果与解析-有限元结合解法计算结果和现场光纤光栅监测结果对比表明,基于多物理场耦合的混凝土湿热耦合变形数值模拟更接近监测结果,更能反映实际物理过程且具备更好的通用性.     

冬冷干燥地区整体建筑热湿耦合传递对室内温湿度的影响

为准确预测冬冷干燥地区多层墙体保护下室内温湿度分布和动态变化,研究整体建筑的热湿耦合瞬态传递规律。本文基于Dancy定律,傅里叶定律,Fick定律等基础传递理论,采用热湿空气在墙体内部的非稳态耦合传递控制方程,以温度和相对湿度为驱动势,建立了整体建筑多孔介质墙体热湿耦合传递非稳态模型。通过重点研究两种保温建筑材料：石墨聚苯板和EPS保温板,对分别采用两种墙体下整体建筑的热湿耦合传递和对室内温湿度的调节进行模拟分析。结果表明,在冬冷干燥地区EPS的保温性能优于石墨聚苯板;经过24h的封闭模拟,两种情况下的室内的平均相对湿度分别为38.00%和36.50%,室内的平均温度分别为3.75℃和4.20℃;靠近墙壁处的相对湿度与室中央的温度之间的变化存在非线性关系。研究结果可以为冬冷干燥地区建筑外围护结构的设计提供参考。     

多孔型石英复合材料受热脱水特性的研究

针对含湿多孔型石英复合材料受热脱水影响透波性能的问题，建立了热湿耦合传递高温脱水数值模型，开展了关键参数对脱水过程影响的分析，获得了受热脱水过程中材料温度、湿分及介电损耗的分布。建立了多孔型石英复合材料热湿耦合传递高温脱水数值模型，为获得模型的关键参数水蒸气阻力系数，按照2016年ISO12572标准规定的杯法开展了实验测试；同时，设计并开展了多孔型石英复合材料高温加热实验，验证了数值模型的可靠性。依据建立的数值模型，探究了实际应用过程中，受热温度、材料初始含湿量、水蒸气阻力系数对多孔型石英复合材料热湿传递及透波性能的影响，并分析了不同工况下材料内部温度、体积含湿量及介电损耗随加热时间的变化规律。研究表明，较高的受热温度及较低的初始含湿量有利于多孔型石英复合材料中湿分的脱除，水蒸气阻力系数的增大会明显抑制气态水逃逸，材料在523 K受热下的脱水速度约为423 K下的3倍；303 K、90%相对湿度饱和吸湿工况脱水时间约为303 K、30%相对湿度工况的2倍；水蒸气阻力系数小于200时，对材料的高温脱水过程影响有限。因此，考虑到飞行器在实际存储过程中应采取隔湿外涂层处理减少其吸潮，并在低...     

高超声速气动热的耦合计算方法研究

为了准确预测高超声速飞行器承受的气动热载荷,需要进行流动-传热耦合分析.采用耦合传热方法,考虑流体流动和结构传热之间的实时相互影响,对圆柱壳高超声速气动加热风洞实验进行了三维非定常数值模拟,将数值模拟结果与实验结果进行了全面对比,得到的表面压力、冷壁热流、热壁热流和温度分布与实验结果符合良好,验证了耦合计算方法的准确性,提高了气动热模拟精度,实现了气动加热的准确计算.     

辐射耦合空调系统的局部热舒适实验研究及仿真分析

为研究辐射冷板与独立新风耦合系统下人体局部热舒适,以长沙某住宅小区某用户房间为研究对象,进行了实验研究;并对该热环境相关参数进行仿真分析。通过实测数据与仿真数据对比,从辐射温度不对称、室内气流分布、人体垂直温差和地面温度四个方面定量分析了辐射耦合空调系统的热舒适环境。同时,通过多表面模型与离散坐标模型模拟结果的对比,分析了两种辐射模型的适用性。结果表明:在采用辐射冷板+独立新风空调系统而且空间包含人体热源的情形下,DO辐射模型的仿真结果更接近实验测试结果;室内测试及仿真结果符合ASHRAE对局部热舒适的标准要求;利用CFD仿真方法可以对局部热舒适进行较准确的分析。     

温州谯楼遗址不同年代青砖等温吸湿特性比较

为研究不同年代青砖的等温吸湿特性差异对历史建筑中冻融、酥碱及微生物繁殖等与水分相关劣化现象的影响,使用恒温条件下配置的饱和盐水溶液控制相对湿度恒定,测定了温州谯楼遗址中分别于唐末五代、元末明初、20世纪70年代和现代生产的4类青砖的等温吸湿曲线,比较了不同年代青砖的等温吸湿特性差异.结果表明,在相对湿度为11%～97%的条件下,4类青砖平衡吸湿量的平均值变化范围分别为2.2～10.5、8.3～77.5、2.3～19.3和1.0～3.7 g/kg,其中元末明初青砖的等温吸湿能力最大,然后依次为20世纪70年代、唐末五代,现代青砖最小.在环境相对湿度变动下,元末明初青砖的含湿量波动也远大于其他3类青砖.实验结果为历史建筑砖体的热湿耦合及劣化机制研究提供了数据参考,也为中国砖构历史建筑保护工作的改进提供了更充分的依据.     

建材吸放湿条件下室内环境的实验及数值研究

通过模型小室进行模型实验，定量评价研究具有吸放湿性的建材在不同加热加湿工况下的吸放湿规律及其对室内热湿环境的影响，利用简化的松本卫热水分同时传递理论，建立了考虑建材吸放湿的动态室内温湿度计算模型，该模型在模拟考虑建材吸放湿的室内热湿环境变化时与实验结果吻合较好。另外，通过具体算例发现，室内建材吸放湿性能对室内湿度环境的变动有很大影响。     

Long-term cumulative damage model of historical timber member under varying hygrothermal environment

A long-term damage cumulative model for the duration of load effect of structural timber is proposed in this paper, which is economical in analysis as well as involving long-term hygrothermal effect. Based on the Miner linear damage cumulative theory, the cumulative damage model is applied to analyze the annual hygrothermal, daily cyclic thermal and daily cyclic relative humidity’s effect on load-duration behavior and to calculate the sum of damage in one year. The results indicate that the annual and daily hygrothermal effect should be taken into consideration when calculating the damage accumulation, in which the influence levels from large to small are annual hygrothermal, daily relative humidity and daily thermal effect. Considering both annual and daily hygrothermal variations as external loads the long-term model is determined. Its application to service-life prediction of a historic timber structure verifies the feasibility and high-efficiency of the proposed approach.     

Energy and long term hygrothermal performance of building enclosures based on dynamic environmental simulation test

Dynamic environmental testing is an effective means to study the energy and long-term hygrothermal performance of building enclosures. Southeast University is designing and building a large-scale dynamic environment simulation testing facility. It can simultaneously and dynamically simulate temperature, relatively humidity, infrared solar radiation, UV radiation, and precipitation. A transformation is needed to predict the energy and long-term hygrothermal performance of building enclosures under real service conditions using data obtained from accel-erated tests.     

外混合气溶胶吸湿性对其平均消光系数的影响

基于Mie散射理论与气溶胶颗粒粒径及折射率的湿度增长模型,以两种典型吸湿性气溶胶外混合组成的颗粒系为研究对象,计算分析了气溶胶平均消光系数对环境相对湿度的依赖关系。计算结果表明:在可见光与近红外波段,当相对湿度在60%~95%的范围内逐渐增大时,气溶胶颗粒物吸湿增长,使其粒度分布逐渐增宽,等效折射率逐渐减小,造成气溶胶的平均消光系数呈指数规律增长。进一步计算发现,当外混合气溶胶来源一定时,窄分布成分的气溶胶含量越高,或者某一成分的气溶胶粒度分布越窄时,随环境湿度的增大,外混合气溶胶平均消光系数的增长越快。上述方法也适用于预测复杂成分的外混合气溶胶平均消光系数与相对湿度的变化关系,从而为实际大气气溶胶光学性质和大气环境质量的研究提供理论依据。     

竹材及杨木单板在湿热环境下的湿膨胀性能差异

竹材杨木复合层积材在使用过程中会因环境湿度和温度的变化而产生一定的形变,甚至功能失效。对竹材和杨木的湿膨胀系数在各个方向的差异进行研究,可为竹材杨木复合材料的合理设计提供依据。笔者采用电阻应变片法,研究竹材和杨木单板在恒温条件下除湿和增湿处理不同阶段的应变,分析了竹材和杨木的不同方向湿膨胀系数。结果表明：竹材和杨木在纵横两方向上的湿膨胀有着较大差异。这种差异在常温常湿下最小;湿度下降阶段,杨木单板的纵向及横向湿膨胀系数为竹材的2倍以上,两者复合后杨木形变量较大,竹材的应变具明显的吸湿滞后。由于吸湿膨胀系数和吸湿滞后的影响,在湿度变化时,会出现除湿时向杨木方向的纵向弯曲,吸湿膨胀时会出现向竹材面的纵向弯曲现象。     

建筑围护结构热湿耦合传递特性实验研究与分析

建立了多层墙体热湿耦合传递的实验测试方法,测试了长沙地区1月份和7月份空调房间外墙体内的温湿度分布情况.分析了热湿气候地区墙体内湿传递和积累的情况,以及不同内表面情况对墙体热湿性能的影响.实验结果表明:靠近室外侧水泥砂浆与红砖界面处的温度、湿度严重受室外温、湿度变化的影响,且此界面处的湿度长期高于80%,易引发霉菌的生长;靠近室内侧红砖与水泥抹灰界面处的温度、湿度主要受室内温、湿度的影响,变化较小;在夏季,内表面贴发泡塑料墙纸的墙体内各界面处的温、湿度普遍比没贴墙纸的墙体内相应位置处的要高;在冬季,两墙体内界面处的温度基本相同,但没贴墙纸的墙体内各界面处的湿度比内表面贴有发泡塑料墙纸的墙体要略高.同时,墙体内的温、湿度变化存在着很强的耦合作用,并且太阳辐射强度对墙体内的温、湿度分布有很大的影响.     

多孔体围护结构热湿同时传导基本方程及其线性化

基于等温吸放湿曲线以水蒸汽分压和温度作为驱动力，建立了在吸放湿范围内多孔体建筑围护结构的热湿同时传导方程，讨论了该方程的线性化条件．结果表明：在通常的室内外温度和相对湿度变化范围内该方程是线性的．     

地下建筑热湿行为模拟研究：模型、计算工具和边界条件

多孔建筑材料热湿耦合模拟已被广泛的应用于建筑模拟。地下建筑随着城市土地的稀缺而愈发受到关注的同时,相关的湿热研究却很少被关注,主要是因为地下建筑内部复杂的湿热负荷和模拟中的大面积土壤。为准确的预测和优化地下建筑的湿热性能,指导地下建筑相关的湿热模拟,本文通过范围界定论文综述的方法,介绍了热湿传递的理论方法,并从数值模型、计算工具以及边界条件的角度,总结了现阶段地下建筑热湿模拟中的成果和不足。结果表明,地下建筑热湿模拟的挑战在于土壤成分和水分的不确定性、土壤表面的雨水沉淀和水分迁移以及较大土壤域带来的巨大计算成本。两步法虽然简化了模拟,但不足以用于热湿模拟,需要确定一种公认的程序、方法来直接确定地下建筑外边界条件以降低模拟复杂性。     

Numerical Simulation and Experimental Studies of Air Treatment Process with Water Spray of One Row Parallel Flow

The main purpose of the present work is to make a further insight into the procedure of heat and mass transfer between water droplets sprayed and air stream in a direct evaporative air cooler used in air-conditioning system in textile mills. The thermodynamic models of the two-phase flow in such a air treatment system have been developed for one row parallel flow spray. The fields of temperature and relative humidity in spray chamber, as well as the trajectories of sprayed drops have been obtained by calculation. A series of experiment aiming at quantifying the system performance and its influence factors have been conducted. It indicates that the increases of air velocity and water/air ratio while the decrease of nozzle density are favorable. Finally, the comparison between numerical simulation and experimental results have been carried out. Good agreements have been found for outlet air temperature while a maximum error of 10% has been observed for air relative humidity.     

不同环境下光伏组件自然积灰特性模拟

研究光伏组件自然积灰特性,可为光伏组件清灰提供理论指导。以本校光伏组件系统为研究对象,利用COMSOL软件对其积灰物理模型进行了数值模拟,其模拟与试验结果对比表明：二者变化趋势一致、数量级相同且相对误差在允许范围内,验证了模拟方法的合理性。籍此,模拟分析了湿度、污秽浓度、颗粒粒径、风速等因素对光伏组件积灰特性的影响。结果表明：湿度变化对光伏组件表面积灰影响较小;在其它条件相同时,光伏组件表面积灰量与污秽浓度呈正相关变化;粒径对污秽颗粒沉积的影响大于风速对污秽颗粒沉积的影响;小风速时加剧光伏组件表面积灰,大风速时则有一定的清洁作用。