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环境条件引起的热流计法测试误差研究

环境条件引起的热流计法测试误差研究

作者：王晶晶同济大学

学位级别：硕士

建筑节能是我国的一项长期国策，而对于建筑节能效果的检测与评估，国外重在过程控制，而我国也颁布了相应的过程控制的法规标准。但是，鉴于种种原因，节能建筑的现场检测也是必需的一个环节，尤其是围护结构传热系数的现场检测是十分... 详细信息

建筑节能是我国的一项长期国策，而对于建筑节能效果的检测与评估，国外重在过程控制，而我国也颁布了相应的过程控制的法规标准。但是，鉴于种种原因，节能建筑的现场检测也是必需的一个环节，尤其是围护结构传热系数的现场检测是十分复杂的，并且对于分析建筑物实际运行中的能耗状况和反映施工过程的偏差也起着非常重要的作用。本文以用于现场检测的热流计法作为研究对象，通过编写墙体非稳态传热模型的数值计算程序，研究了墙体热惰性、太阳辐射、风速、测试时的室内外温差等客观条件对检测结果准确性的影响。通过本文研究，可以得到如下结论： 1．尽管热流计置于被测墙体内表面可以减小热惰性引起的误差，但误差仍高达30％以上，经修正后误差可小于5％。 2．选择北向墙体检测并不能消除太阳辐射的影响，误差仍在18.7％～58.3％之间，经修正后误差在5％左右。 3．为了减小风速变化引起的墙体检测误差，在风速较大的天气检测必须对检测结果进行修正。 4．为了保证一维传热条件，室内外温差宜控制在15～20℃。在温差难以控制的情况下对热阻实测值进行修正是可行的，并且能将误差从30％左右降到2％左右。

关键词：建筑节能现场检测非稳态传热热流计

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太阳能炕式储热系统热性能研究

太阳能炕式储热系统热性能研究

作者：寇宗丽兰州理工大学

学位级别：硕士

21世纪以来,太阳能因具有丰富、洁净、成本低、可再生等独特优势而备受人们喜爱,但在大规模开发利用时因其不稳定和显著间歇性而不能连续稳定的热利用,因此必须采用储热系统来调节时间和空间的不匹配,以解决其不足。北方地区太阳辐射强... 详细信息

21世纪以来,太阳能因具有丰富、洁净、成本低、可再生等独特优势而备受人们喜爱,但在大规模开发利用时因其不稳定和显著间歇性而不能连续稳定的热利用,因此必须采用储热系统来调节时间和空间的不匹配,以解决其不足。北方地区太阳辐射强度高,但农村依旧采用燃烧秸秆和煤等落后方式供暖,造成环境污染、能源紧缺和安全隐患等问题,故在北方农村以太阳能为热源白天直接对建筑供暖,晚上则将存储的热量向室内散热,这样的供暖方式有非常实际的意义。本文通过研究原料含水率和压制压力对于干土坯热物性的影响,选用热物性最优的土坯作为储热材料搭建炕式储热装置实验平台,简化炕式储热装置,建立装置内储热块二维、流体一维非稳态传热模型;利用Matlab软件编写程序,计算炕式储热装置内储热块和流体温度变化;采用实验和数值模拟相结合的方法来研究储热装置热性能;结果表明:干密度随着含水率、压力的增大而增大;对含水率为19%的土样施加9T压力后得到最大干密度为1776 kg/m3,干试样导热系数最高;对流换热系数、储热功率和储热效率随着入口流速的增大先是增大,增大到3.5 m/s后变小;其随着夹角的增大而减小;储热装置内的压降随着夹角的增大呈线性增长;其随着流速的增大而增大,增速先快后慢;利用简化后建立的传热模型计算的出口空气温度随时间的变化规律与实验监测的出口温度规律一致,验证了所建模型的准确性;储放热时长随着导热系数的增大而减小,当导热系数增大到1.4 W/(m·℃)以后,导热系数的影响作用减小;储放热时长随着比热容和密度的增大呈线性增大。储放热量与导热系数无关;储放热量随着比热容和密度的增大呈线性增大。储放热功率随导热系数的增大呈幂函数增大;储放热功率与比热容和密度无关;以上对炕式储热装置热性能的研究为装置的设计和应用提供了理论基础。

关键词：太阳能炕式储热装置非稳态传热数值模拟热性能

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天然气加热炉非稳态耦合热流场研究

天然气加热炉非稳态耦合热流场研究

作者：周仲伟上海工程技术大学

学位级别：硕士

天然气加热炉作为天然气工业中不可或缺的设施,被广泛应用在天然气集输系统中。为了提高天然气加热炉的热效率,减少能源的消耗,需要对天然气加热炉内热流场进行不断地研究。本论文将130k W中间载热介质型天然气加热炉作为研究对象,建立... 详细信息

天然气加热炉作为天然气工业中不可或缺的设施,被广泛应用在天然气集输系统中。为了提高天然气加热炉的热效率,减少能源的消耗,需要对天然气加热炉内热流场进行不断地研究。本论文将130k W中间载热介质型天然气加热炉作为研究对象,建立其三维物理模型,根据所建立的非稳态自然对流及介质参与性辐射耦合换热数理模型,并利用ANSYS FLUENT软件对加热炉内的非稳态传热过程进行模拟。其中,选用标准k-ε湍流模型、DO辐射模型、非预混燃烧模型、WSGGM模型进行模拟计算,并将炉内火管、烟管束及对流管束壁的黑度设为0.8,模拟出炉内热流规律。模型建立的准确性通过将模拟数据与实验数据进行对比分析来加以验证。针对加热炉内冷热流体易发生对冲,加热炉底部存在流动死角等问题,提出了强化传热效率的改进方案,通过改进前后的数值模拟结果对比分析,验证改进方案的可行性。同时,分别采用水和乙二醇作为中间载热介质进行数值模拟,并在不同的加热炉改进结构下对两种介质进行对比,最终得出较适宜的介质和改进结构。通过对常规结构天然气加热炉分别在水和乙二醇两种中间载热介质情况下的炉内非稳态耦合热流场进行分析,发现火管、烟管束与对流管束之间的冷热介质流动存在明显的对冲现象,内部流场紊乱,循环性较差,且当采用乙二醇作为中间载热介质时在加热炉底部容易出现流动死角。当采用水作为中间载热介质时,加热炉的启动时间为2.5h,准稳态时加热炉热效率为83.17%;当采用乙二醇作为中间载热介质时,加热炉的启动时间为2.0h,准稳态时加热炉热效率可达87.35%,因此可知乙二醇要比水更适合作为天然气加热炉的中间载热介质。本文提出了通过在加热炉内加装竖直导流板来提高加热效率和减小启动时间的结构改进方案,对加装竖板高度分别为232mm,372mm,512mm和652mm情况下,且中间载热介质分别为水和乙二醇时,天然气加热炉内非稳态耦合热流场进行数值模拟。通过数值模拟结果对比发现,适宜高度的竖直导流板能促进炉内介质形成顺滑的循环流场,并能基本消除冷热流体的对冲以及一定程度上缩小流动死角区域。最终确定较适宜的竖板高度为512mm,在此高度下,当介质为水时加热炉启动时间比未加板时缩短了0.4h,准稳态下加热炉的加热效率比未加板时增加了2.18%;当介质为乙二醇时加热炉启动时间比未加板时缩短了0.5h,准稳态时加热效率比未加板时增加了2.49%。综合分析可知加装竖直板能切实改进炉内的热流场,但总体改进效果偏低。本文针对竖直板结构存在无法彻底消除炉内介质对冲和流动死角问题,在竖直板结构基础上研究了一种锚形导流板的结构改进方案,对加装锚板高度分别为232mm,372mm,512mm和652mm情况下,且中间载热介质分别为水和乙二醇时,天然气加热炉内非稳态耦合热流场进行数值模拟,通过模拟结果对比发现,在适宜锚板高度下形成的循环流场很好地消除了冷热流体的对冲和炉底的流动死角,同时也消除了炉底的低温区域,促进了加热炉内的耦合传热。最终确定较适宜的锚形板高度为512mm,在此高度下,当介质为水时加热炉的启动时间比未加板时缩短了0.5h,比竖直板时缩短了0.1h,准稳态时加热效率比未加板时增加了3.08%,比竖直板时增加了0.90%;当介质为乙二醇时加热炉的启动时间比未加板时缩短了0.7h,比竖直板时缩短了0.2h,准稳态时加热效率比未加板时增加了4.36%,比竖直板时增加了1.87%。综合分析可知加装锚形板比竖直板结构更优,且锚形板对使用乙二醇介质的加热炉改进效果更佳。

关键词：自然对流介质参与性辐射非稳态传热 ANSYS FLUENT 天然气加热炉

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热计量模式下居住建筑耗热量分摊模型研究

热计量模式下居住建筑耗热量分摊模型研究

作者：王仁瑾大连理工大学

学位级别：硕士

随着我国经济快速增长、居民生活水平提高,居住建筑采暖能耗也快速增长。目前,采暖能耗占社会总商品能源消耗的6.93%,因此,降低冬季采暖能耗是实现建筑节能的重要途径。在欧洲,采暖热计量技术有80多年的使用历程,我国推行热计量技术也... 详细信息

随着我国经济快速增长、居民生活水平提高,居住建筑采暖能耗也快速增长。目前,采暖能耗占社会总商品能源消耗的6.93%,因此,降低冬季采暖能耗是实现建筑节能的重要途径。在欧洲,采暖热计量技术有80多年的使用历程,我国推行热计量技术也有20多年的时间,经研究和实践证明,热计量技术在降低采暖能耗方面有巨大潜力。但是,在基于楼栋热计量采暖系统运行中发现,各用户耗热量分摊比例计算成为一个难题,也制约了热计量技术的大规模推广和应用。所以,建立合理、公平的耗热量分摊模型,对推动热计量技术的大规模应用有重要促进作用。在已投入使用的热计量系统中,基本都是采用以下三个指标进行热分摊：用户建筑面积、实际供热量和热舒适水平。基于建筑面积分摊方式,类似于传统的福利性供热模式下热分摊方式,不利于建筑节能;而按照实际供热量的方式,初投资过多,运行、维护困难;基于热舒适的热分摊可行性较高,但无法排除太阳辐射对室内温度的影响。通过对比以往热计量系统,本文在热舒适分摊模型基础上,建立了用户耗热量分摊体系及用户分摊系数模型。基于建筑热负荷因素的方差分析,首先提出建筑耗热量分摊体系。根据围护结构特点,将为保持建筑整体热环境而产生的耗热量,定义为公共耗热量,由全体用户基于建筑面积分摊;将单独用于提高用户自身热舒适的耗热量,定义为可变耗热量,每位用户有效耗热量是公共耗热量与可变耗热量之和。然后,基于房间和围护结构热平衡分析,推导出有效耗热量计算公式和耗热量分摊系数公式。在推导有效耗热量过程中,所建立的动态传热模型有：(1)基于频域回归方法,建立非透明围护结构动态传热模型;(2)建立平板蓄热模型,模拟太阳辐射对用户热负荷产生的影响;(3)透明围护结构传热模型。为验证本文耗热量分摊模型,本文利用大连市某低能耗建筑的实测数据对文中模型进行了检验。结果显示,在计算值与实测值累积耗热量对比中,在累积14h以后,相对误差保持在10%以下;在累积17h以后,相对误差保持在7%以下,满足工程要求,也证明了本文耗热量模型合理性。

关键词：分户热计量温度法热分摊非稳态传热室内温度

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非稳态条件下纺织品热传递性能测试研究

非稳态条件下纺织品热传递性能测试研究

作者：邹文静东华大学

学位级别：硕士

随着纺织工业的发展,织物不仅用于制作服装,而且在隔热材料、国防科技、建筑工业等部门中得到应用。织物是由纱线和空气组成的多孔材料,质量轻,有良好的柔韧性,可以和其他材料复合。对于织物热传递性能,研究者在这个领域内已经进行了大... 详细信息

随着纺织工业的发展,织物不仅用于制作服装,而且在隔热材料、国防科技、建筑工业等部门中得到应用。织物是由纱线和空气组成的多孔材料,质量轻,有良好的柔韧性,可以和其他材料复合。对于织物热传递性能,研究者在这个领域内已经进行了大量的研究,主要集中在人体的舒适性方面,测试大都在稳态（织物内温度场不随时间变化）条件下进行,织物的传热过程看作以热对流方式为主。本文中测试环境为非稳态（织物内部温度场随时间变化）,将织物的传热过程看作热传导方式,由测得的温度时间数据,通过模型的传热公式计算出织物的导热系数、热扩散系数和体积热容。本文利用非稳态测试方法对织物的热传递性能进行了探讨,主要研究内容如下:（1）根据非稳态传热模型,搭建了一套测试装置。论述了测试装置的基本结构、数据的采集方式,分析和探讨了数据的处理方法。非稳态测试方法测试时间短、对测试装置隔热要求不高,可以同时得到织物的导热系数、体积热容和热扩散系数。（2）分析了测试参数对结果的影响。测试时,织物上应施加一定的压力,使层与层间接触良好;热源与测温点之间的距离应小于热源边长的0.4倍,避免试样外边缘漏热的影响;热流密度应在200W/m以下,避免织物中空气对流的影响。（3）对测试结果的可信性进行了证明。对于连续介质有机玻璃,测试的结果和参考数据有良好的一致性。分析了用非稳态方法测量织物导热性能的优点,它的测量时间短,可以测量不同回潮率下织物的导热性能。（4）以平纹织物为例,分析了在不同回潮率和初始温度下,导热系数的变化规律。织物回潮率越大,水分含量越多,织物总体的导热系数越大。测试时温度越高,分子能量越大,晶格的振动越剧烈,传递的热量也越多,因此导热系数也随之增大。（5）对纤维块体在不同容重下的导热性能进行测量。纤维块体的容重增加后,纤维之间的缝隙空洞逐渐减小,其中的空气含量也减小。纤维的导热系数大于空气的导热系数,因此总体上,纤维块体的导热系数随着容重的增大而增大。（6）将两种不同的织物间隔排列进行测试,它们排列的顺序不同时,保温效果有一定的差异。将导热系数大的织物靠近热源放置时,保温效果比较好。这对于纺织品的合理使用具有指导意义。

关键词：织物非稳态传热导热系数测试方法

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复合墙体室内温度响应研究

四川建筑科学研究 2010年第3期36卷 308-311页

作者：许建柳南京工业大学江苏南京210009

针对建筑物内人体的热舒适性与内墙壁面温度的相关性,建立了具有复合材料墙体的房间内温度响应的数学模型。结果显示,在相同的加热(制冷)条件下,由相同材质、相同尺寸组合构成的复合材料墙体,在不同的材料排列方式情况下,室内的温度响... 详细信息

针对建筑物内人体的热舒适性与内墙壁面温度的相关性,建立了具有复合材料墙体的房间内温度响应的数学模型。结果显示,在相同的加热(制冷)条件下,由相同材质、相同尺寸组合构成的复合材料墙体,在不同的材料排列方式情况下,室内的温度响应有很大的不同,这对间歇性供热(冷)房间内人体的热舒适性有较大的影响。

关键词：复合墙体温度响应间歇供热非稳态传热热舒适性

真空绝热板应用于寒冷地区活动房最佳位置的研究

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新型建筑材料 2010年第2期37卷 34-36,40页

作者：王文君阚安康韩厚德刘红敏上海海事大学商船学院上海200135

在满足活动房热舒适和节能的基础上,从活动房围护结构的热传导和蓄热2个方面,采用热传导的非稳态过程分析方法,分析了寒冷地区活动房围护结构的传热特性,得出计算围护结构热负荷的方法和真空绝热板位于活动房围护结构内侧更适宜于寒冷... 详细信息

在满足活动房热舒适和节能的基础上,从活动房围护结构的热传导和蓄热2个方面,采用热传导的非稳态过程分析方法,分析了寒冷地区活动房围护结构的传热特性,得出计算围护结构热负荷的方法和真空绝热板位于活动房围护结构内侧更适宜于寒冷地区的结论。

关键词：真空绝热板围护结构非稳态传热寒冷地区

裂缝角度对含气多孔介质热流耦合特性影响研究

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裂缝角度对含气多孔介质热流耦合特性影响研究

作者：付超辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

多孔介质材料在自然界中普遍存在,广泛应用在工业、农业和国民经济生产中的各个领域。多孔介质存在自然裂缝和人工干扰裂缝是它的主要特征之一。裂缝对多孔介质传热有重要影响,合理利用裂缝,有利于强化传热和削弱传热两个方面。近年来,... 详细信息

多孔介质材料在自然界中普遍存在,广泛应用在工业、农业和国民经济生产中的各个领域。多孔介质存在自然裂缝和人工干扰裂缝是它的主要特征之一。裂缝对多孔介质传热有重要影响,合理利用裂缝,有利于强化传热和削弱传热两个方面。近年来,国内外学者在含裂缝多孔介质的渗流特性方面做了大量研究,得到很多研究成果,对带裂缝的多孔介质中自然对流以及传热问题的研究成果还需要进一步扩展。本文通过自然界中多孔介质裂缝的形态,抽象出合理的裂缝角度范围,建立物理模型。通过实验、数值计算、理论分析研究含裂缝多孔介质在不同裂缝角度的作用下,其内部流体的自然对流以及其传热特性。主要研究内容如下:(1)通过实验法,研究多孔介质内部流体的流动和传热特性。对10种裂缝倾角多孔介质模型实验结果进行分析、研究。发现:裂缝角度?=0或?=90的多孔介质达到稳态需要响应时间最长,约为720min,传热速率最慢,对比实验多孔介质达到稳态所需响应时间最短,约为420min。垂直重力方向分布裂缝的多孔介质,裂缝逆时针旋转时,其传热速率大于裂缝顺时针旋转时传热速率。对于沿重力方向分布裂缝的多孔介质内,裂缝左侧温度梯度大于右侧,高温流体聚集在裂缝左侧。(2)通过数值方法,研究垂直重力方向、沿重力方向分布裂缝的多孔介质内部流体流动和传热特性,数值结果发现:开放裂缝使多孔介质内出现“优先流”,垂直重力方向分布裂缝作用的流场,首先出现二次涡,而后出现一次涡,沿重力方向分布裂缝则相反;由于二次涡和重力影响,阻碍了热量向低温侧传递,但局部传热速率加快,平均温度升高,体现在Nu越小,多孔介质内T越大;沿重力方向分布裂缝作用下流体的流动强度大于垂直重力方向分布裂缝的作用下流体流动强度,其阻碍热量向低温侧流动的能力较强;?=75时裂缝左右温差最大,裂缝的阻热作用最强;Ra=10有助于沿重力方向分布裂缝的传热。综上所述,在温度场的作用下,由于裂缝角度不同改变多孔介质内流场分布,从而引起温度场的重新分布。为实际工程应用(例如油、气、水资源开发、煤矿热害防治以及温室气体埋存等)提供一定的理论指导,为国家的经济建设以及新能源的开发利用添砖加瓦。该论文有图48幅,表7个,参考文献85篇。

关键词：多孔介质裂缝角度非稳态传热自然对流

基于激光点热源法的固体材料热物性测试装置研发

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基于激光点热源法的固体材料热物性测试装置研发

作者：苏国用安徽理工大学

学位级别：硕士

材料的热物性值是表征材料载热能力的基本参数。不同类别的材料载热能力差异较大,其精确的热物性参数常通过实验的方法获得。目前,材料热物性参数测试方法的研究及其装置的设计,已发展成为一门基础学科,受到越来越高的重视。本文基于固... 详细信息

材料的热物性值是表征材料载热能力的基本参数。不同类别的材料载热能力差异较大,其精确的热物性参数常通过实验的方法获得。目前,材料热物性参数测试方法的研究及其装置的设计,已发展成为一门基础学科,受到越来越高的重视。本文基于固体热传导理论中的非稳态传热模型,提出一种基于激光点热源非稳态传热模型测固体材料热物性参数的新方法。引入镜像热源理论修正绝热边界对测点温升的影响,建立了数学模型,利用数值解法结合计算机编程,计算材料热导率、热扩散率和比热容。研制了一套真空环境中激光点热源作用下的固体材料热物性测试系统。装置试样容器采用密闭设计,通过抽低真空环境实现绝热边界;将试样一角打磨,并涂抹石墨粉,利用激光发生器发射激光束照射,形成点热源作用区域;将贴片式温度传感器布置于被测试样的上表面,通过无线信号发射单元监测温度变化情况。选用硼硅玻璃(Pyrex7740)作为被测试样进行热物性测算,得到的热物性参数值与参考文献数值吻合,验证了本测试系统测算结果的有效性。对大理石、硅砖、硅藻土耐火砖的热物性综合测试结果分析发现,各材料导热系数的测算值与文献对照值偏差均小于5%,且导热系数最小的硅藻土耐火砖的多次测试结果的稳定性明显优于其他材料。通过对大理石和硼硅玻璃导热系数的测算结果进行不确定度评定发现,大理石的不确定度较高,而硼硅玻璃导热系数的不确定度较低。因此,本装置更适用于测试导热系数较小的固体材料(一般导热系数小于3.0W/(m?K)),且被测试样的导热系数越小,不确定度越低。图[35]表[14]参[63]

关键词：激光点热源非稳态传热固体材料热物性参数不确定性研究