多层墙体热湿耦合传递模型及验证

从非平衡热力学角度论证了多层墙体热湿耦合过程采用水蒸气分压力和温度作为驱动势的合理性。由于水蒸气分压力是含湿量和温度的函数,利用全微分思想,建立了多层墙体热湿耦合传递模型,该方法可避免Budaiwi方法在热湿耦合模型建立过程中采用的空气含湿量与相对湿度间的近似表达式,而且简化了方程系数,便于方程的求解。通过对多层墙体求解结果的对比,验证了该模型的有效性。     

围护结构热湿耦合传递模型及简便求解方法

为了预测围护结构内的温度和湿度分布,以连续变量,相对湿度和温度为驱动势,考虑热传递与湿传递之间的耦合作用,建立了围护结构热湿耦合传递非稳态模型,并提出了基于多物理场耦合仿真模拟软件COMSOL的热湿耦合传递模型简便求解方法。通过对比新建模型模拟结果与HAMSTAD标准验证实例,验证了模型及求解方法的准确性。     

极端热湿地区围护结构热湿耦合传递模型

极端热湿地区常年高温多雨,为了准确预测围护结构内的温度和湿度分布,模拟高温、高湿和高太阳辐射对围护结构的影响,建立了适用于极端热湿地区的围护结构热湿耦合传递模型,在边界条件中加入太阳辐射和雨水负荷对传热传湿的影响,考虑了随材料含湿量不断变化的材料物性参数。为了求解模型,提出了基于计算机软件COMSOL的模型求解方法,利用MATLAB计算方程组不断变化的系数,并确定了软件容差和网格的设置条件：相对容差推荐设定在0.001,绝对容差设定为0.000 1,网格按极细化划分。通过对比HAMSTAD标准实例验证了模型的准确性。     

有效湿渗透深度模型EMPD对建筑热湿耦合模拟的适用性研究

介绍了能耗模拟软件中使用最多的3种热湿耦合模型：有效湿渗透深度模型EMPD、热湿耦合传递模型HAMT以及有效湿容模型EC,分析了3种模型的公式基础及优劣。以南京地区办公室为例,使用能耗软件EnergyPlus作为计算平台,详细分析了EMPD模型对室内温湿度和全年能耗预测的准确度,比较了其与EC和HAMT的误差并分析了原因。研究结果表明,3种模型中EMPD在计算湿方面更接近作为参照标准的HAMT模型,尤其是在模拟夏季高温高湿情况下,误差小于5%,在计算能耗方面同样比EC模型更接近HAMT,误差小于8%,并且计算用时只有HAMT模型的几十至几百分之一,因此在需要兼顾计算精度和速度的情况下,可以选用EMPD模型进行建筑模拟。针对现有EMPD公式基础提出修改建议,以进一步提高计算精度。     

织物热湿传递性能及服装热湿舒适性评价的研究进展

综述了织物的热湿传递性能及服装热湿舒适性评价的各种研究方法并分析了各种方法的特征.将热湿传递性能研究分为单纯热湿传递和综合热湿传递,对服装热湿舒适性评价进行了讨论.从微气候参数评价方法、生理学评价方法、心理学评价方法及综合评价方法等方面进行了阐述;最后展望了织物的热湿传递性能及服装热湿舒适性研究方法的发展趋势.     

热湿气候地区常用外保温墙体热湿性能分析

为了分析热湿气候地区常用外保温墙体的热湿性能,以温度和相对湿度作为驱动势,构建多层墙体一维瞬态热湿耦合传递方程,并基于COMSOL Multiphysics,对建筑墙体热、空气、湿耦合传递模型进行求解。然后以热湿气候地区典型城市南昌为例,将水泥砂浆-保温层-红砖-水泥砂浆墙体作为研究对象,分析了EPS、PU及XPS3种外保温墙体的热湿性能。结果表明:在制冷季采用EPS、PU及XPS材料进行外保温的墙体总热流通量较不保温墙体分别下降了62.6%、66.5%和65.6%。在夏季典型日(7月22日),EPS、PU及XPS材料与红砖层交界处的平均相对湿度分别为87.3%、87.4%、86.5%,均在85%以上;在冬季,3种材料在墙体接触面上,相对湿度大于80%的时间分别为64%、66%和67%,因此保温层与红砖层交界处较容易滋生霉菌。     

消防防护服热湿传递模型理论分析

根据此前研究,提出合理假设,利用有限差分法对织物能量方程、固相连续方程、气相扩散方程和皮肤生物传热方程分别进行求解,最终计算出人体皮肤二级烧伤时间,构建消防服多层复合织物与外界和皮肤间的热湿传递模型,为建立基于热防护性能测试仪(Thermal Protective Performance)的数字模拟测试体系奠定了理论基础。     

多层服装热湿传递特性的预测

利用出汗暖体假人“Walter”测试各层服装及不同服装组合在10℃、45％的温湿度环境下的热阻、湿阻，研究了多层服装系统的热阻值与各层服装热阻值算术和之间的关系及多层服装系统的湿阻值与各层服装湿阻值算术和之间的关系。研究结果表明，服装系统内各单件服装的有效热阻（或湿阻）或基本热阻（或湿阻）累加和可以用来预测服装系统的热阻（或湿阻）。     

新建建筑外保温围护结构热质耦合传递

为分析新建建筑围护结构的干燥过程,对哈尔滨地区新建建筑围护结构干燥过程的热湿耦合传递进行模拟.考虑液态水的渗透和冬季围护结构内湿分结冰的情况,以液态体积含湿量梯度为质驱动势,以温度梯度为热驱动势,建立不同干燥时段的热质耦合传递质能平衡方程,并对模拟结果进行分析.结果表明:新建建筑围护结构的干燥速率第一年最快,尤其是前几个月;由于围护结构较大的初始含湿量和冬季外侧结冰量,第一年围护结构的保温性能是最差的;在相同的室外气候条件下,与第十年冬季的传热系数相比,第一年要增加约10%,严重影响第一年的建筑能耗.     

热湿气候地区墙体内部冷凝分析

根据Motakef和E1-Masri的研究,将墙体分为“干-湿-干”3个区域。以多孔介质传热传质学为基础,将水蒸气冷凝看成是湿源、热源、蒸汽汇,建立起墙体湿区域内、热湿耦合传递方程。通过分析解得到了墙体内冷凝率和液态含湿量的分布曲线以及达到临界含湿量所需的时间。分析结果表明墙体内的冷凝率跟湿区域两侧的温差成正比,最大冷凝率出现在低温侧的湿区域边界处。     

Development of experimental study on coupled heat and moisture transfer in porous building envelope

A new facility was presented which can expediently and cheaply measure the transient moisture content profile in multi-layer porous building envelope. Then, a common multi-layer porous building envelope was provided, which was constructed by cement mortar-red brick-cement plaster. With this kind of building envelope installed in the south wall, a well-controlled air-conditioning room was set up in Changsha, which is one of typical zones of hot and humid climate in China. And experiments were carried out to investigate the temperature and moisture distribution in multi-layer building envelope in summer, both in sunny day and rainy day. The results show that, the temperature and humidity at the interface between the brick and cement mortar are seriously affected by the changes of outdoor temperature and humidity, and the relative humidity at this interface keeps more than 80% for a long-term, which can easily trigger the growth of mould. The temperature and humidity at the interface between the brick and cement plaster change a little, and they are affected by the changes of indoor temperature and humidity. The temperature and humidity at the interface of the wall whose interior surface is affixed with a foam plastic wallpaper are generally higher than those of the wall without wallpaper. The heat transfer and moisture transfer in the envelope are coupled strongly.     

墙体内热湿耦合过程的时域递归展开算法

利用时域递归展开算法对墙体内热湿耦合传递方程进行求解。以木板为例,应用该算法进行了热湿耦合传递的分析计算,在时间域和空间域上分别运用递归展开法和控制容积法进行离散,从而得到递归形式的线性方程组,运用MATLAB软件对这一过程进行求解。计算结果与有限差分算法、解析解计算结果以及实验数据吻合良好,表明该算法能够用于求解多孔介质热湿耦合传递模型。时间步长的改变对计算结果影响较小,可通过增加时间步长方法来减少工作量。     

多孔介质对封闭腔体内对流传热传质的影响

利用两区域法,其中在多孔介质区域利用Forheimer-Brinkman-Darcy方程,纯流体区域使用Navier-Stokes方程对部分填充多孔介质的二维封闭腔体内的自然对流传热传质进行数值研究。采用有限元法辅之以流体与多孔介质交界面上的连续性弱约束条件对两区域方程进行求解,分析了多孔介质厚度、渗透率及孔隙率的变化对封闭腔体内传热传质的影响。数值结果表明:当多孔介质厚度小于0.2时,其厚度的增加可明显削弱传热传质;大于0.2时,其影响明显减弱。渗透率从10^-3降低至10^-6时,腔体中流动减弱,导致平均传热传质速率降低。随孔隙率增加平均传热传质速率近似线性增加。     

Analysis of the effects of the heat of sorption on the process of heat transfer in moisture exchange across a membrane

A theoretical study has been conducted to investigate the effects of mass transfer on heat transfer in moisture exchange across a membrane and a mathematical model describing the heat transfer process with consideration of the heat of sorption was established. A dimensionless variable, Ψ =JLλ /δ (T ₁₀−T ₂₀), which controls the effect of the heat of sorption on the heat transfer in membrane process, was obtained through theoretical analysis, and the effects of Ψ on the heat transfer process were analyzed. Results showed that in the case that the temperature gradient and mass transfer are in the same direction, the effective heat flux changes the direction at Ψ=1. For Ψ<1, the heat transfers from high to low temperature sides through the membrane, and the total thermal resistance increases with increasing the moisture flux across membrane or reducing the temperature difference between the bulk flows on the two sides of membrane. For Ψ>1, the overall effect of the heat and mass transfer is that the effective heat flux points from low to high temperature sides and the total thermal resistance decreases with increasing the mass flux or reducing the temperature difference. In the case that the temperature gradient and mass transfer are in the opposite directions, the existence of the heat of sorption acts to enhance the heat transfer from high to low temperature sides, causing a reduced total thermal resistance, and the greater the mass flux or the smaller the temperature difference, the smaller the total thermal resistance. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50576040)     

一侧带涂层镜反射时三层吸收性介质耦合换热

研究了一侧表面滞涂层镜反射、另一表面及各交界面均半透明镜反射时三层吸收性半透明复合层内的辐射与导热瞬态耦合换热。采用射线踪迹／节点分析法结合谱带模型和Hottel-Sarofim区域法导出辐射传递系数，利用辐射传递系数求解辐射热源项，采用全隐格式离散求解瞬态能量方程。分析显示对于同一复合层，不透明表面面对高温辐射热源和半透明表面面对高温辐射热源将对复合层的温度及热分布产生明显不同的影响。     

圆管层流入口段耦合换热的数值模拟研究

采用控制容积法与蒙特卡罗法对圆管层流入口段参与性介质的辐射一对流耦合换热进行了数值模拟研究．在对流一扩散项的离散中,分别采用了一阶差分的指数格式与二阶差分的QUICK格式．通过模拟计算,比较分析了两种差分格式的结果差别,考察了入口段耦合换热的温度场、径向导热热流场以及对流换热壁面热流与努谢尔数的分布特征．研究表明,入口段速度边界层发展对势流区的排挤效应对耦合换热有明显影响,采用QUICK格式能够模拟这一现象,而一阶差分格式不能,后者过高地估计了对流换热强度;辐射换热在抑制对流换热作用的同时,使两种差分格式的模拟结果呈现偏差的区域由入口附近向出口方向扩展．     

计算参数对一维瞬态传热级数解收敛速度的影响

讨论了一维瞬态传热温度场的级数解的收敛速度问题,探寻主要计算参数对级数解收敛速度的影响规律。通过对级数解的数值计算发现傅立叶准则和毕渥准则对级数解的收敛速度有显著的影响。随着傅立叶准则数增大,级数解的收敛速度加快;随着毕渥准则数减少,级数解的收敛速度加快。在应用级数解计算瞬态温度场的过程中,选择合适的级数项数是得到正确结果的关键。     

活塞-缸套瞬态耦合传热的有限元仿真

采用耦合传热方法解决在传热数值仿真中对单个零件单独确定边界条件的困难．基于耦合传热理论和有限元方法，将零件间的外边界条件转变为零件的内边界条件，直接对零件进行耦合仿真计算．传热初始条件和边界条件分别由工作过程模拟程序和经验公式计算得到．以柴油机活塞-缸套为对象，采用耦合传热方法对其整体温度分布以及温度随循环时间的变化规律进行了仿真计算，并与实测数据进行了比较．结果表明，采用耦合传热方法模拟活塞-缸套间的传热可以大大简化边界条件，同时使传热过程的模拟更加符合实际工作状态．