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亚热带非透明围护结构传热的卷积计算分析

亚热带非透明围护结构传热的卷积计算分析

作者：曾慧盛暨南大学

学位级别：硕士

在建筑能耗中,建筑围护结构的耗热量占了主要部分,因此对建筑围护结构传热的研究得到越来越多人的重视。在亚热带地区的代表性城市广州,其气候特征是典型的夏热冬暖,该地区的建筑围护结构主要满足隔热性能的要求。因此,研究夏热冬暖地... 详细信息

在建筑能耗中,建筑围护结构的耗热量占了主要部分,因此对建筑围护结构传热的研究得到越来越多人的重视。在亚热带地区的代表性城市广州,其气候特征是典型的夏热冬暖,该地区的建筑围护结构主要满足隔热性能的要求。因此,研究夏热冬暖地区建筑围护结构在夏季非稳态传热过程和传热特性,对于该地区的建筑节能具有重要意义。以往多采用实验与模拟法来研究非透明围护结构的隔热性能,通过实验和模拟得出的结论是离散而非连续的,无法深入研究各个隔热性能变量对于室内温度的影响。本论文的研究针对以往研究的不足,创造性的提出了构造实际工况隔热性能基于响应函数非稳态计算。为了研究外保温、自保温以及保温层厚度变动的两种内保温共四种不同保温构造下的房间室内温度变化排序。首先对围护结构的衰减和延迟两大特性进行研究。接着采用非稳态卷积计算分析法对四种不同构造墙体的室温极大值进行排序,对于非稳态卷积计算分析法:建立四种不同隔热构造的的六面体框架,并求得这四种不同构造的外扰热激励(气温与辐射当量温度)的单位脉冲函数及其响应函数,然后将外扰热激励函数与其对应的单位脉冲响应函数进行卷积,用Maple软件绘制出外扰热激励作用下的卷积函数图像,观察函数图像可以得出四种不同构造的极大值排序。最后,采用实验及模拟法加以验证,可以得到实际工况下四种不同构造的极大值排序。通过研究得出如下结论:(1)对四种不同构造墙体衰减与延迟的数值进行对比研究,得到保温优劣性能排序为:构造b1>构造a>构造b2>构造c(2)实际工况室温实测极大值排序为“构造c>构造b2>构造a>构造b1”,这一结果与非稳态卷积计算室温排序一致。(3)实际工况及非稳态卷积计算均表明:随着内保温构造层厚度变量变化,60mm内保温“构造b2”保温性能劣于外保温“构造a”;但当内保温构造层增厚到120mm(构造b1)时,保温性能优于外保温“构造a”。实际工况及非稳态卷积计算均表明不能简单判断“内保温”和“外保温”构造性能孰优孰劣,非稳态卷积计算能较好的连续描述及预测随构造层次变量变化的实际工况保温构造性能及排序。

关键词：亚热带地区非稳态传热围护结构传热卷积计算分析

再生冷却超燃冲压发动机启动阶段的传热特性研究

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再生冷却超燃冲压发动机启动阶段的传热特性研究

作者：杨小柱国防科学技术大学

学位级别：硕士

本文以再生冷却超燃冲压发动机启动阶段的煤油传热特性为研究对象,采用理论分析、数值模拟和试验验证的方法,对非稳态、低热流条件下煤油的传热特性、冷却通道参数对传热性能的影响展开了研究。数值仿真部分基于SUPERTRAPP计算的煤油... 详细信息

本文以再生冷却超燃冲压发动机启动阶段的煤油传热特性为研究对象,采用理论分析、数值模拟和试验验证的方法,对非稳态、低热流条件下煤油的传热特性、冷却通道参数对传热性能的影响展开了研究。数值仿真部分基于SUPERTRAPP计算的煤油物性模型,对不同构型参数的冷却通道进行了数值模拟,得出了冷却通道构型参数对冷却通道换热性能的影响规律,为超燃冲压发动机主动冷却通道的设计提供了参考。研究发现:内壁厚度越薄,宽高比越大,流速越大的冷却通道换热性能越好。试验部分采用辐射加热的方式,模拟超燃冲压发动机燃气与内壁面的传热过程。研究发现:采用节流件控制冷却通道压力时,试验曲线呈“三段式”结构;在质量流量相同的前提下,若节流件喉部直径相同,则无论是否预热,冷却介质最终将达到相同的稳定状态,预热冷却介质可以减小达到稳态的时间;临界压力附近油温曲线“几”字形传热现象是由煤油比热的一阶导数在临界压力附近不连续导致的;油温曲线斜率在拟临界点附近先减小后增大,且斜率的变化随着压力的升高而变得平缓的现象,是由拟临界点前后煤油比热先增大后减小,且比热的变化趋势随着压力的升高而变得平缓导致的;试验中的低频振荡现象是由两相流动中的密度波不稳定性引起的,振荡周期为与煤油在冷却通道内滞留时间的1倍。设计了相同冷却面积,不同冷却通道参数共八组单通道冷却面板试验件。对试验的非稳态能量传递过程进行了理论分析,对肋效率、有效换热面积、内壁厚度、通道截面形状、对流换热系数等因素对试验件换热性能的影响进行了理论分析和推导,并与仿真结果、试验结果进行比较。研究发现:肋片增强换热是因为增大了换热面积,最佳肋片应使肋面总效率与换热总面积的乘积最大;内壁厚度越薄,导热热阻越低,对换热越有利;梯形截面冷却通道提高换热性能的原因是类似“三角形”的梯形肋效率高于矩形直肋的肋效率;提高对流换热系数的有效方法是提高流速,在质量流量不变的前提下可采取减小冷却通道截面积的方法来提高流速,但较小的冷却通道可能导致有效换热面积减小;温升对于换热具有正反馈作用,原因在于温度升高导致煤油的比热也随之升高。

关键词：再生冷却超燃冲压发动机启动阶段非稳态传热超临界煤油两相流不稳定性

基于DeST的建筑绿化传热计算模块开发研究

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基于DeST的建筑绿化传热计算模块开发研究

作者：邓智超华南理工大学

学位级别：硕士

建筑绿化是隔热效果显著的被动式节能技术,主要通过绿化措施的遮阳和蒸散发作用降低围护结构外表面温度和内表面热流,从而减少建筑的空调能耗。目前,一般采用附加热阻或动态模拟的方法来评估建筑绿化对空调能耗的影响规律。附加热阻法... 详细信息

建筑绿化是隔热效果显著的被动式节能技术,主要通过绿化措施的遮阳和蒸散发作用降低围护结构外表面温度和内表面热流,从而减少建筑的空调能耗。目前,一般采用附加热阻或动态模拟的方法来评估建筑绿化对空调能耗的影响规律。附加热阻法概念简单、使用方便,适合快速评估建筑绿化的全年节能效益,但由于其忽略了建筑绿化的遮阳和蒸散发等作用,无法反映建筑能耗的动态变化规律。而动态模拟法可以相对准确地分析建筑绿化传热过程,在短时间动态预测方面具有显著优势,长周期节能率评估方面具有较高精度。然而建筑能耗仿真平台De ST缺少建筑绿化模块,无法动态模拟建筑绿化对建筑能耗的影响规律。针对上述的问题,本文进行了以下工作:（1）基于辐射传输Beer定律,建立植被层动态光学参数模型,采用该模型修正土壤全季节蒸散发模型（FASST）模型中的短波辐射量计算;采用Penman-Monteilh（P-M）方程修正FASST模型中的蒸散发潜热量计算。以修正后的FASST模型建立建筑绿化传热计算模型,从而得到包含种植屋面、种植表皮和种植墙体三种绿化类型的传热计算模型。（2）采用C++语言,将建立的建筑绿化传热计算模型,编制成建筑绿化传热计算独立程序,并开展种植墙体的对比实验,验证种植墙体独立程序计算结果的准确性。采用前人的种植屋面和种植表皮的实测数据,验证种植屋面和种植表皮独立程序计算结果的准确性。验证结果表明,与实测值相比,三种绿化类型围护结构内表面温度计算值的平均相对误差（MBE）和均方根误差（RMSE）均小于1°C,说明本文所建立的建筑绿化传热计算模型及其独立程序具有较高的仿真精度,可以用于建筑能耗模拟。（3）将验证过的建筑绿化传热计算独立程序集成到De ST中进行耦合模拟,选择叶面积指数和叶倾角分布作为描述建筑绿化遮阳作用的关键参数,选择叶片最小气孔阻力和基质层含水率作为描述建筑绿化蒸散发作用的关键参数,模拟分析上述参数对房间节能率的影响规律。分析结果表明:绿化房间的节能率,与基质层含水率和叶倾角分布呈递增的渐近线函数相关关系,与叶面积指数呈递增的一次函数关系,与最小气孔阻力呈递减的一次函数关系。本论文进一步完善了建筑绿化的传热模型,实现了建筑绿化对建筑能耗影响的动态模拟,从而促进了建筑绿化节能技术的推广应用。

关键词：建筑绿化动态热平衡非稳态传热能耗仿真软件开发

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集热蓄热墙传热过程及优化设计研究

集热蓄热墙传热过程及优化设计研究

作者：王斌西安建筑科技大学

学位级别：硕士

集热蓄热墙是被动式太阳房应用中一种主要的集热构件，它的热性能对于被动式太阳房房间的采暖效果具有重要影响。由于室外温度参数和太阳辐射参数在周期性的变换，所以集热蓄热墙的传热过程的是一种周期性的非稳态过程，对集热蓄热墙的... 详细信息

集热蓄热墙是被动式太阳房应用中一种主要的集热构件，它的热性能对于被动式太阳房房间的采暖效果具有重要影响。由于室外温度参数和太阳辐射参数在周期性的变换，所以集热蓄热墙的传热过程的是一种周期性的非稳态过程，对集热蓄热墙的热性能的研究必须在非稳态条件下进行。本文采用理论分析、现场测试和数值模拟三种方法对这一过程进行了研究。建立了集热蓄热墙传热过程的数学模型，给出了墙体表面入射的太阳辐射瞬时值的计算方法，以及室外周期性温度波的数学描述;建立了集热蓄热墙和房间围护结构热平衡方程组、空气夹层传热与流动过程控制方程组，给出了墙体的对流供热量、导热供热量的计算方法。通过对各方程组的联立，得到了影响集热蓄热墙热性能的主要影响因素。研究以青海省刚察县太阳能试点工程为对象，利用实测方法研究了集热蓄热墙的在非稳态条件下的对流和导热供热规律，以及室内温度的变化规律。结果表明：“240mm砖墙+50mm苯板+瓦楞铁皮”结构的集热蓄热墙供热效率较高，可达34.5%，且具有良好的保温性能。得到通风口最佳启闭管理方案，即通风孔在日出后2小时开启，在日落前1小时关闭效果较佳。利用数值计算方法对集热蓄热墙热性能的影响因素进行了研究。分析了空气夹层厚度、通风孔面积、上下通风孔的中心距、墙体厚度、墙体材料对热性能的影响关系，并且利用现场测试数据对数值计算方法进行验证。数值计算结果表明：夹层厚度的最佳取值范围为50mm到100mm;通风孔面积的推荐值为墙体面积的1%到2%;增加通风孔的中心距，能够显著提高空气夹层空气的流速，从而增加对流供热量;120mm薄墙的热效率要高于240mm和370mm的厚墙，但是在夜间它会发生严重的热倒流现象，240mm砖墙和370mm砖墙热效率相差不大，在严寒地区可以考虑使用370mm砖墙，其他地区使用240mm砖墙即可;使用体积热容和导热系数较小的材料不但可以提高蓄热墙的夜间保温性能，而且可以提高集热蓄热墙的热效率。本文的研究结果为集热蓄热墙的各主要构件的热工设计提供了参考依据。

关键词：集热蓄热墙非稳态传热数值模拟优化设计

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热惰性指标对建筑围护结构动态传热的影响

热惰性指标对建筑围护结构动态传热的影响

作者：惠荷长安大学

学位级别：硕士

建筑围护结构的传热是建筑能耗的主要部分。由于实际的传热过程是非稳态的，因此，影响围护结构传热的性能参数不仅有传热阻，还应包括热惰性指标。本文围绕热惰性指标对墙体传热性能的影响展开研究，为建筑节能提供一些帮助。本文建... 详细信息

建筑围护结构的传热是建筑能耗的主要部分。由于实际的传热过程是非稳态的，因此，影响围护结构传热的性能参数不仅有传热阻，还应包括热惰性指标。本文围绕热惰性指标对墙体传热性能的影响展开研究，为建筑节能提供一些帮助。本文建立了外墙一维非稳态传热模型，应用拉氏变换法，对热阻相同但热惰性指标不同的两组墙体，分别进行非稳态传热计算，分析两组墙体传热的差异,并应用FLUENT软件对相同问题进行计算，并将数值模拟结果进行分析，通过对比分析两种算法得出的数据，来验证计算模型的可靠性。本文针对西安地区某栋公共建筑，根据现行的节能设计标准，选定建筑墙体结构，应用DeST软件对其进行建筑能耗的动态模拟，得到全年的动态冷、热负荷，研究分析了热惰性指标对冷、热负荷的影响，并详细说明了墙体热惰性指标对减少传热的作用。热惰性指标对促进建筑节能工作的开展，具有重要的理论意义和工程应用价值。

关键词：非稳态传热热惰性指标数值模拟能耗模拟与分析

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环境试验箱隔热结构传热特性的实验研究

流体机械 2007年第5期35卷 62-66页

作者：王芳邬志敏刘颖上海理工大学上海200093

环境试验箱是在给定时间内达到+40^-30℃高低温的试验用小型制冷装置(试验箱配有全自动的微机控制系统能完成各项试验的数据记录)。对试验箱围护结构(隔热层)在降温阶段非稳态传热特性进行了实验研究。通过试验数据分析,对隔热层在降温... 详细信息

环境试验箱是在给定时间内达到+40^-30℃高低温的试验用小型制冷装置(试验箱配有全自动的微机控制系统能完成各项试验的数据记录)。对试验箱围护结构(隔热层)在降温阶段非稳态传热特性进行了实验研究。通过试验数据分析,对隔热层在降温过程的一维大平板非稳态传热问题进行了内部温度场随时间变化关系的讨论,同时对试验箱隔热层随时间变化的放热量进行了分析,对有特殊要求的制冷装置在节能方面的设计提供了一定的参考数据。

关键词：环境试验箱隔热结构非稳态传热降温速率

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被动式采暖中太阳辐射热效应分析

哈尔滨工业大学学报 2015年第8期47卷 117-119页

作者：刘大龙杨柳刘加平张群西安建筑科技大学建筑学院西安710055 陕西省西部绿色建筑协同创新中心西安710055 陕西省(西部)绿色建筑重点实验室(西安建筑科技大学) 西安710055

为解决被动式太阳能建筑设计中辐射热与采暖需求之间的匹配问题,以非稳态传热原理为基础,提出评价被动式太阳房辐射热效用的"太阳能被动采暖热系数"指标.以拉萨和北京为例,通过计算该指标分析了两地被动式太阳能采暖的可用性.建立了主... 详细信息

为解决被动式太阳能建筑设计中辐射热与采暖需求之间的匹配问题,以非稳态传热原理为基础,提出评价被动式太阳房辐射热效用的"太阳能被动采暖热系数"指标.以拉萨和北京为例,通过计算该指标分析了两地被动式太阳能采暖的可用性.建立了主被动结合太阳能间歇式采暖系统的控制策略,据此分析了在太阳能丰富地区采用主被动相结合的间隙性采暖方式的可行性.

关键词：太阳辐射非稳态传热间歇性采暖建筑节能

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铁路客车空调负荷的非稳态计算方法研究

中国铁道科学 2003年第2期24卷 19-23页

作者：丁力行包劲松陈宁刘广海中南大学铁道校区湖南长沙410075

采用反应系数法以非稳态传热的方式计算铁路客车空调负荷,在对列车通过围护结构传入车内的热量、通过玻璃窗进入车内的太阳辐射热量、人体散热量、室外新风带入室内的热量和照明散热量分别进行计算之后,建立了状态空间模型。进而应用状... 详细信息

采用反应系数法以非稳态传热的方式计算铁路客车空调负荷,在对列车通过围护结构传入车内的热量、通过玻璃窗进入车内的太阳辐射热量、人体散热量、室外新风带入室内的热量和照明散热量分别进行计算之后,建立了状态空间模型。进而应用状态空间法求取了车壁的反应系数,通过热平衡分析得到了得热量与空调负荷的传递函数系数值,用拉普拉斯变换法进行了验证,并编制了相应的计算机程序。研究表明,非稳态传热的计算方法能更好的反映铁路客车空调负荷形成的基本机理,有助于空调系统的精确设计、系统实时控制、能耗分析等多方面的研究,并值得地铁车辆、城市轻轨车辆借鉴。

关键词：客车铁路车辆空调系统空调负荷非稳态传热计算方法状态空间模型

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节能建筑复合墙体的非稳态热工性能

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2004年第11期37卷 975-979页

作者：杨昭郁文红张甫仁天津大学机械工程学院天津300072

为节约土地资源和降低建筑主体结构工程造价,采用有限差分法、谐波法和反应系数法对节能建筑复合墙体的非稳态热工性能进行全面分析.复合墙体的传热反应系数、衰减倍数、延迟时间、热惰性指标和逐时壁温的计算结果表明,复合墙体对冬季... 详细信息

为节约土地资源和降低建筑主体结构工程造价,采用有限差分法、谐波法和反应系数法对节能建筑复合墙体的非稳态热工性能进行全面分析.复合墙体的传热反应系数、衰减倍数、延迟时间、热惰性指标和逐时壁温的计算结果表明,复合墙体对冬季供暖和夏季空调都具有良好的节能效果,其热稳定性和室内舒适性较传统非节能墙体有所提高;尽管外保温复合墙体的热惰性指标有所降低,但其夏季隔热性能却有所提高;外保温墙体的热工性能在冬夏两季均优于内保温墙体.

关键词：建筑节能复合墙体非稳态传热热工性能