建筑外表面热流及换热系数现场测试

建筑表面换热系数是建筑热工与节能及能耗模拟的重要参数。为考察实际建筑表面的热流与换热系数动态变化,提高建筑能耗模拟的准确性,为设计标准提供基础参数数据,采用直接热平衡法,对西安某办公建筑外墙进行现场测试,得到外墙的对流、辐射及总换热热流,并在此基础上获得了表面的对流、辐射和总换热系数。结果表明:测试期间外墙表面辐射换热系数与对流换热系数分别在159～2918 W/(m2·K)和014～756 W/(m2·K)之间变化;外墙辐射热流在白天占总热流比例约为85%,夜间约为50%;对低风速的自然风,建议采用最大频率的对流换热系数数值作为设计计算取值。     

双面辐射楼板换热性能的实验研究

以重庆地区某别墅作为实验对象,供热热源采用土壤源热泵,地板辐射供暖系统采用双面辐射楼板.将上下两层的两个房间作为测试房间,对测试房间的供回水温度、流量、围护结构表面温度、室内空气温度进行实测.基于实测数据,对双面辐射楼板上下表面的辐射换热表面传热系数、对流换热表面传热系数、热流密度进行了计算.双面辐射楼板以辐射传热为主,辐射热流密度是对流热流密度的2.4倍(平均值),且上表面的辐射、对流热流密度均大于下表面.     

严寒地区被动房辐射楼板换热性能实验研究

对哈尔滨地区某被动房样板间楼板的换热性能进行实验研究。该被动房为顶棚辐射供暖,测试了供回水温度、围护结构内表面温度及空气温度,计算得到了顶棚和地面的辐射换热系数和表面传热系数、辐射热流密度和对流热流密度以及总热流密度。实验样板间位于第3层,仅南墙为外墙,室外空气温度在-8. 9～-2. 1℃范围,供水温度在30. 0～31. 6℃范围。实验结果表明,当室外温度为-2. 1℃,邻户正常供暖,但该样板间未供暖时,其室内空气温度也能达到21℃左右。供暖开启后,供水温度在30. 0～31. 6℃范围内每上升1℃,室内空气温度上升1. 3℃。辐射换热占比约为91. 5%。在顶棚辐射换热量计算中,可以根据辐射热流密度估计总热流密度。辐射换热系数和表面传热系数随供水温度的升高而升高,且辐射换热系数比表面传热系数高一个数量级。顶棚辐射供暖中,总热流密度随顶棚表面温度(或供水温度)的升高而升高。总热流密度和顶棚表面温度之间存在很强的线性关系。文末附有严寒地区被动房的应用实例视频,可扫二维码观看。     

地电场对裂隙岩块中对流传热特性影响的研究

 根据原地浸出过程中裂隙岩块中对流传热过程受地电场作用的特点，建立地电场作用下裂隙岩块中的对流传热模型，并通过电场作用下岩芯中的对流传热实验，研究地电场作用对裂隙岩块中溶液对流传热特性的影响。结果表明：地电场作用对裂隙岩块中对流传热的影响非常明显，其影响程度同热流密度、流体渗流速度以及流体性质等因素相关；对流换热系数总体上随正向电场电压升高而增强，随反向电场电压升高而降低；地电场作用下，低热流密度时对流换热系数的变化幅度明显高于高热流密度下换热系数幅度的变化；地电场作用对裂隙岩块中对流传热的影响随着溶液渗流速度的增加逐渐减弱；裂隙岩块中溶液矿化度越高，地电场对对流传热的影响越明显。     

玻璃长波透射率对普通双层中空玻璃热特性的影响

依据稳态热流平衡原理,采用理论分析和数值迭代的方法建立了考虑玻璃长波辐射透射率和室内外空间环境耦合条件下普通双层中空玻璃的稳态传热模型,并对普通双层中空玻璃在冬季典型室内外气温和空间环境几何边界条件下的总热流密度、总传热系数、有效长波辐射透射系数和内、外表面辐射换热系数进行了计算分析.结果表明:每层普通透明玻璃的长波辐射透射率达到01时,冬季典型室外气温范围（-40~0℃）内双层中空玻璃的有效长波辐射透射系数达到0167~0177,内表面辐射换热系数相比不计玻璃长波辐射透射率时的增大25%左右,外表面辐射换热系数相比不计玻璃长波辐射透射率时的增大10倍以上,玻璃的长波辐射透射作用对双层中空玻璃节能性能的不利影响明显,玻璃的长波辐射透射率在设计与计算时不可忽略.此外,冬季随着室内外气温温差的减小,双层中空玻璃的总热流密度逐渐减小,而总传热系数则逐渐增大,内、外表面辐射换热系数也逐渐增大.     

U型圆管内混合对流换热特性数值研究

本文通过三维数值模拟的方法研究了混合对流作用下U型管管内的换热特性,分析了管内截面自然对流对管内层流换热的影响及主流速度、壁面热流密度和U型管倾角等参数对管内混合对流换热特性的影响.结果表明：与纯强制对流相比混合对流作用下其管内换热系数显著增大;在混合对流作用下,随壁面热流密度增大,管内换热增强,但随进口流速或U型管倾角的增大时,管内换热减弱.     

民用建筑围护结构动态热过程计算研究

民用建筑围护结构动态热过程的分析计算对建筑的能耗及节能评价有重要意义.结合广东地区夏季的气候特点,发展了单室建筑围护结构动态温度和传热计算的理论模型,计算中考虑太阳辐射作用,围护结构与内、外环境的对流与辐射换热,以及围护结构间的辐射换热.计算了夏季1 d中6:00～18:00时段,围护结构包括屋顶、东南西北墙体、木门及玻璃窗内、外表面的温度及热流.     

消防服用织物热防护性能数值模拟

消防服用织物在纯火焰对流热作用下与纯辐射热作用下的传热机制有一定区别,表现在服装与热源之间换热边界条件上。建立纯火焰对流作用下消防服传热模型,分析火焰与服装织物外层之间的换热边界条件,运用实验法确定火焰换热系数经验式,研究衣下微气层传导对流传热特征。火焰传热系数由辐射换热系数和对流换热系数组成;火焰热流密度为84kW/m2时,衣下微小空气层厚度不超过9mm时其热传递以传导换热为主,空气层越厚导热系数越小;空气层厚度大于9mm时其热传递以对流换热为主,空气层越厚传热系数越大。     

夜空辐射器的换热特性及应用研究

夜空辐射器利用高红外发射率的辐射表面与低温夜空进行辐射换热而达到制冷的目的,为优化夜空辐射的换热设计,建立夜空辐射器的理论换热模型并进行验证,分析了辐射板发射率、室外风速、薄膜"风屏"对辐射换热系数、空气对流换热系数及制冷量的影响。研究结果表明:风速较小时,空气对流换热对辐射器制冷效果影响小,薄膜"风屏"的采用将削弱辐射换热,对制冷效果具有负面影响;风速较大时,空气对流换热对辐射器制冷效果影响大,薄膜"风屏"可降低对流换热的影响,对制冷效果具有正面影响。     

高层建筑非透明围护结构太阳辐射的计算

太阳辐射是影响夏热冬暖地区高层建筑能耗的重要因素.为此,发展了计算建筑非透明围护结构太阳辐射的方法,计算中考虑到太阳直射辐射、天空散射辐射、地面反射辐射和大气长波辐射的作用,还考虑了建筑群的自遮挡和互遮挡.计算了一组周边型分布的高层建筑屋顶和东、南、西、北外墙的太阳辐射热流的逐年变化和逐时变化.     

基于内外环境耦合的客机表面温度的预测

准确预测客机表面温度对评价舱内环境的舒适性以及墙体的保温性能具有重要意义。目前大多数研究忽略舱内外环境间耦合的传热过程,近似认为舱内表面温度是均匀的。本文以计算流体力学(CFD)为主要工具,建立了包含金属蒙皮、保温层以及舱内空间为计算域的CFD模型。舱内采用S2S辐射模型与RNG k-ε湍流模型耦合的方法,蒙皮外壁面赋以对流与辐射混合边界参数,并考虑飞机巡航高度、天空、地面和太阳辐射等外部因素以及舱内对流与辐射等内部因素对机身传热的影响。计算结果表明,舱内壁面温度不十均,飞行高度对舱内壁面温度影响较大,而太阳辐射、客舱送风位置等对舱内表面的温度影响相对较小。     

冷风侵入对候车厅地板辐射采暖的影响研究

地板辐射采暖以其舒适性高,节能环保的特点而在中小型高铁站中广泛采用,成为候车厅冬季主要的采暖方式。地面温度对维持室内热环境至关重要,而地板采暖的辐射换热比例直接决定房间的表面温度,继而决定室内的舒适度情况。对寒冷地区5个中小型高铁站进行调研,总结了候车厅的主要类型及其地面温度的分布规律,证实了冷风侵入的不利影响。之后利用实测验证的CFD模型,对不同冷风侵入速度下辐射地板的辐射换热比例进行了量化分析。最终基于CFD模拟的结果,分析了冷风侵入下地板表面对流换热系数的变化,并与ASHRAE手册推荐的自然对流换热系数计算公式及文献中引用较多的机械通风条件下混合对流换热系数计算公式得到的结果进行对比,说明了冷风影响下,地板表面复合换热特性的变化。最终结果表明,当入口处风速从0. 05 m/s增大至0. 9 m/s时,辐射地板的辐射换热比例将从67%下降到39%,低于辐射采暖地板规定的最小辐射换热比例;而受冷风侵入和地板表面温度、室内温度的共同作用,辐射地板表面的对流换热系数将随入口处风速的增大而增大,当风速从0. 05 m/s增大至0. 5m/s时,对流换热系数从3. 1 W/(m~2·K)增大至3. 5 W/(m~2·K),当风速大于0. 5 m/s后,对流换热系数有所减小并趋于常值(3. 4 W/(m~2·K))。这一结果说明,现行计算方法中将地板表面边界条件中的对流换热系数及当量辐射换热系数取为定值的做法并不可取,有必要对冷风侵入条件下辐射地板表面传热特性的变化慎重考虑。为设计阶段量化冷风影响,合理确定供暖系统设计参数提供了参考和依据。     

双辐射作用下工业热厂房外墙传热实验研究

为了研究在太阳和内热源的双向辐射作用下自然通风工业热厂房夏季外墙传热过程,搭建了实验模型,在西安夏季室外条件下对室内外参数进行了测试,并对不同余热强度工况时南墙内外壁面边界热流进行了计算和对比分析。结果表明:室内强热源影响墙体内外壁面边界上辐射热流和对流热流的大小和方向。内热源的辐射作用在余热强度大于50W/m3的情况下会对外墙传热过程会造成较大影响。白天有太阳辐射时,外壁面上的辐射散热热流会高于对流散热热流,并且余热强度对辐射对流比影响很小。夜间外壁面上的辐射对流比会随着余热强度的增大而减小,当余热强度大于200W/m3时趋于稳定。     

基于ASHRAE晴空模型的日照作用下钢构件的温度场分析

分析钢结构温度效应和确定施工合拢温度关键在于确定温度场的分布。在日照下,由于钢构件的温度场分布非常复杂和不均匀,而难以确定。基于ASHRAE晴空模型,采用ANSYS的APDL语言对箱型钢构件在夏至日日间的温度场进行了数值模拟,模拟中考虑了太阳辐射强度、对流换热系数、构件表面太阳辐射吸收系数等对构件温度场的影响。结果表明:夏至日构件最高温度高达78.411℃,最大升温高达44.803℃;太阳辐射强度、对流换热系数和构件表面太阳辐射吸收系数对日照下的箱型钢构件温度场的影响起主导作用。     

绿色住区设计参数对太阳辐射的影响研究

绿色住区开放空间中的太阳辐射对热环境有重要影响,为创造绿色宜居经济的住区室外空间,研究室外空间的太阳辐射量具有基础价值。基于参数化软件平台Rhino-Grasshopper,借助性能化模拟插件Ladybug,利用天空开阔度的遮挡投影算法原理,实现天空开阔度的自动计算。通过实际住区太阳总辐射测试与基于天空开阔度的太阳辐射模型计算对比,验证该简化计算方法具有较高的计算精度和稳定性,可满足工程设计的需要。同时利用理论住区模型,分析绿色住区设计参数对太阳辐射的影响,结果表明建筑密度与太阳辐射呈负相关,容积率、平均建筑高度与太阳辐射的相关性受建筑密度的影响,且相关性因太阳高度角而异。     

LPG泄漏扩散数值模拟

液化石油气(LPG)的泄漏扩散受多种因素的影响.利用数值计算的方法,在一定的太阳辐射下,考虑相对湿度,采用有限体积法(FVM)离散控制方程,采用SIMPLE方法处理速度与压力的耦合问题,采用离散坐标模型(DOM)求解辐射换热,得到不同相对湿度和有无太阳辐射条件下的质量分数分布图.旨在揭示环境相对湿度和太阳辐射对LPG泄漏扩散流动过程及其演变规律的影响.研究结果显示:相对湿度和太阳辐射对LPG泄漏扩散均有影响,相对湿度越大,LPG重气效果越明显;太阳辐射提高环境温度,增大了环境与LPG之间换热效率,使其温度升高,增大了泄漏扩散的速度.     

蒸汽发生器入口过冷度对过冷沸腾的影响

为研究蒸汽发生器过冷段二次侧流场的变化及工质入口过冷度对沸腾换热和传热过程的影响,基于两流体欧拉模型,结合伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute,RPI)过冷沸腾模型,利用ANSYS Fluent软件对蒸汽发生器传热管束过冷段进行了耦合一、二次侧的换热计算,得到了入口过冷度对过冷段长度、二次侧空泡份额、一二次侧对流换热系数及传热系数的影响。结果表明:二次侧流场受沸腾换热影响较大;入口过冷度对一次侧表面对流换热系数影响较小,对过冷段长度、二次侧空泡份额、表面对流换热系数及过冷段平均传热系数影响较大。     

混凝土结构日照效应计算中换热参数的修正

日照辐射作用下换热参数的合理计算会直接影响混凝土结构温度效应分析结果的优劣。综合分析建筑和桥梁混凝土结构服役过程的实际情况,考虑风速、温差、结构朝向、所处位置等环境因素的变化,对通过试验室取得的混凝土表面对流换热、总热换热参数进行合理修正。由于风速和结构朝向是影响换热参数的主要因素,计算公式中主要针对这两个因素进行修正,提出符合实际情况的混凝土表面对流换热、总热换热参数计算公式,为混凝土结构日照效应分析中换热参数的计算提供较精确的方法。     

混凝土表面对流换流系数测试研究

根据传热学原理，确定了对流换热系数测试方案，测量了混凝土表面自然对流换热系数和受迫对流换热系数。结果表明，混凝土表面对流换热系数与风速基本呈线性关系。根据该关系所提出的建议计算式，希望能为今后的工程应用和科研提供参考。     

沸腾传热管表面换热系数测试方法研究

根据处理测试数据的实际需要,提出了一种基于局部热流密度并应用计算机程序来处理实验数据,从而确定沸腾传热管的传热性能的方法.通过对一种表面强化沸腾管和一种制冷剂的实验数据进行处理,获得了管内外对流换热关系式,进而使用数值计算分离出管外换热系数,可用于指导水平单管沸腾换热实验设计和换热器设计.