漫反射与非漫反射表面间的辐射传递系数快速计算

针对蒙特卡洛方法计算目标表面间辐射传递系数耗时过长的问题,提出了一种计算漫反射灰体与非漫反射灰体表面间辐射传递系数的快速方法。首先,利用蒙特卡洛方法在漫反射表面生成发射光束集并进行射线追踪,计算漫反射表面对目标表面的辐射传递系数;然后,在非漫反射表面生成发射光束并进行射线追踪,如果射线在多次反射过程中击中任意漫反射表面,则利用反射光束的漫反射特性,直接调用漫反射表面的辐射传递系数对反射能量进行分配,并停止射线追踪。对正六面体模型内表面(两个漫反射面元、四个镜反射面元)的辐射传递系数进行仿真,结果表明,当表面反射率ρ=0.4时,镜反射表面的辐射传递系数计算时间仅为蒙特卡洛方法的1/3;ρ=0.8时,相应的计算时间占比低于1/10,并且保持良好的计算精度。理论推导并分析了影响该方法计算速度的模型参数,结果表明:表面反射率越高,系统中漫反射表面占比越大,快速方法中单束光线的平均追踪次数较蒙特卡洛方法越少,非漫反射表面的辐射传递系数计算优势越明显。

耦合传导/辐射情况下的传热系数和表面热流辨识

耦合传导/辐射情况下的传热参数和表面热流辨识问题是一类特殊的传热逆问题,在工程上应用较广。本文首先建立了耦合传导/辐射的传热问题的数值方法,进行了算例验证。然后分别建立了同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数的算法、辨识非稳态表面热流密度的算法;分析了测点位置、测量误差、辐射吸收系数对辨识结果的影响。结果表明:同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数时,利用右端测点的温度辨识出热传导系数值的精度较高,利用中间测点温度辨识出的辐射吸收特性系数值精度较高。对于表面热流的辨识,测点越靠近加热面,辨识结果的精度越高;吸收系数对中间测点的辨识结果影响大于其他位置测点的辨识结果。

基于遗传算法的交错波纹板换热器表面传热系数的分离

为了获得交错波纹板换热器表面对流换热规律,通过实验测定了典型100 kW微型燃气轮机交错波纹板换热器的传热系数,提出了采用遗传算法将表面传热系数从传热系数中分离出来的方法.该方法以换热准则关系式中4个系数变量作为待寻找最佳值的待求变量,并进行搜索和优化,由此获得关联式系数来预测传热系数,成功分离出表面传热系数.该分离方法具有通用性,可灵活方便地研究各种此类换热器的传热性能.所预测的传热系数与实验获得的传热系数接近,能准确地反映换热的真实规律.

霜形成对翅片管换热器空气侧表面传热系数影响的实验研究

在空冷系统中,换热器空气侧的表面结霜问题是影响其应用和发展的主要问题。通过对结霜条件下翅片管换热器空气侧换热性能的实验研究,得出了空气湿度、翅片间距、风速等参数变化对空气侧当量表面传热系数的影响;结果表明在一定的范围内,结霜前期h0值随结霜时间τ急剧下降,在结霜后期,这些参数对h0值的影响大为削弱。

建筑墙体表面传热系数辨识研究

对实验房间南向墙体内表面中心区域的换热过程进行实验 ,发现当风速在 0～ 5 .5m/s之间时 ,表面传热系数在 8～ 1 8W/(m2 ·K)之间波动 ,而风向对墙体表面传热系数影响不大 ;用辅助变量法分析墙体表面传热过程 ,并结合实验推导出墙体表面传热系数。模型的预测结果与实测结果吻合良好。

大空间建筑室内表面温度对流辐射耦合换热计算

建立了大空间建筑室内壁面导热、辐射和对流耦合换热热平衡方程,结合Gebhart吸收系数,利用预测室内空气垂直温度分布简易模型,提出了室内各表面温度分布的理论计算方法. 对国外模型实验数据验证的结果表明,计算所得表面温度与实验值吻合,表明了这是一种预测大空间建筑表面温度的有效方法.

具有表面辐射的复合腔体内湍流对流换热研究

建筑热工性能评价和建筑节能越来越受到人们的重视,将建筑房间简化为含有多孔介质的双区域模型在更多的领域得到广泛应用。文章基于数值模拟的方法,探究了具有表面热辐射的部分填充多孔介质的复合腔体内湍流自然对流换热问题;建立并用有限元方法求解自由流体区域和多孔介质区域的动量和能量传递方程,对数学模型进行了比较验证,分析了Rayleigh数（湍流与层流）及发射率为ε_i对传热、流动的影响。结果表明,Rayleigh数对具有表面热辐射的部分填充多孔介质的复合腔体内的动量和热量传递有明显的影响,且决定自然对流强度大小。Rayleigh数越大,自然对流换热作用越强,腔体内的平均温度降低并逐渐趋于一致;表面热辐射影响对流作用,墙体壁面发射率为0.0~0.3时,自然对流的影响较大,随着发射率的增大,辐射作用明显增强,并在热量传递中占主导位置。

辐射采暖房间围护结构表面角系数的计算

辐射采暖方式由于具有舒适性、节能性等特点越来越广泛的被应用。为了能够确定辐射采暖房间内的热环境状况,必须对采暖房间各围护结构内表面间的辐射换热进行计算。反映两表面间相对位置的变量——角系数,是各表面间辐射换热计算的基础,其计算比较复杂。本文介绍了外围护结构有窗时角系数的计算方法,根据角系数的完整性、分解性及互换性原理推导出了其计算公式,给出了几种外窗尺寸下外围护结构对其余所有围护结构角系数值。

冷板冷藏车整车传热系数的计算分析

整车传热系数是影响车体传热负荷的主要因素。本文通过计算冷板冷藏车各朝向内壁面对流换热系数 ,并依据车体外表面对流换热系数与车体运行速度的关系 ,最终得到冷板冷藏车整车传热系数与车体运行速度之间的关系式 ,从而为准确预测冷板冷藏车运行热负荷奠定了理论基础。

具有表面辐射的建筑室内自然对流换热的研究

随着人们生活水平以及节能意识的提高,对建筑热工性能评价和建筑节能越来越重视。将建筑房间简化为含有多孔介质的双区域模型,因此,此类模型被应用到更多的领域。通过数值模拟展现了实际建筑环境中各物理条件对室内通风与热环境的影响,为室内舒适度的建设提供了依据。基于有限元法对含有多孔介质复合腔体这一类双区域模型的壁面热辐射与自然对流耦合换热问题在建筑房间内的应用进行了数值模拟分析。模拟了不同工况下多孔介质复合腔体内的流场和温度场随时间的变化情况。结果表明,表面热辐射对建筑房间内的自然对流换热有明显的增强作用;冬季与夏季,中间层与顶层不同的边界条件影响着室内的对流换热即方腔热环境的改变;多孔介质厚度d较大时能减弱传热,当到达一定值时影响不明显。

管内微尺度强化表面R32流动冷凝传热实验研究

为研究制冷剂R32在铝制人字纹管、涟漪纹管以及光滑管中冷凝换热和压降特性,本文通过高精度多工质蒸发冷凝实验台在R32质量流速为100~350 kg/(m^(2)·s),饱和温度为308、313、318 K,干度范围为0.2~0.8工况下,进行冷凝实验研究。实验结果表明:人字纹管的传热系数最高,涟漪纹管次之,光滑管最低。涟漪纹管的摩擦压降最高,人字纹管略高于光滑管,表面传热系数和摩擦压降随饱和温度的升高而减小,随质量流速的升高而增大。引入评价因子P EF评价换热管的换热性能:人字纹管的换热性能最好,P EF范围为2.07~2.72,涟漪纹管的P EF范围为0.68~0.90。在换热关联式的基础上进行改进,提出了适用于本次实验的换热关联式,改进后的关联式误差在±20%以内。

建筑外表面对流换热系数对自保温墙体夏季净得热量的影响

以上海地区典型夏季气候条件为基础,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟的方法分析讨论了建筑南墙在不同的太阳辐射强度作用下,建筑外表面对流换热系数对南墙吸收太阳辐射的影响。结果表明,在太阳辐射作用下,外表面对流换热系数对围护结构净得热量的影响很大。当太阳辐射强度相同时,对流换热系数为19.0 W/(m^2·K)时的南墙净得热量比8.5 W/(m^2·K)时的净得热量约少40%;若外表面对流换热系数过小,即使在阴天,围护结构的净得热量仍可能多于晴天下对流换热系数较大时的净得热量。

严寒地区居住建筑外墙传热系数确定及方法

为研究适用于中国严寒地区气候条件的居住建筑外墙传热系数,通过ISO和DIN等国际标准对4种不同环境下的外墙内表面换热阻和发霉温度点等方面的理论进行全面介绍并分析。结合中国相关规范,运用外墙内表面温度计算公式对外墙内表面温度进行计算,并将其与不同室内相对湿度环境下的露点和发霉温度点进行对比分析,计算结果表明,针对墙体发霉问题,发霉温度点比露点温度更具有决定性作用。因此基于中国严寒地区气候条件,以不同室内相对湿度环境下的发霉温度点为基准,反向推导出适用于中国严寒地区气候条件的居住建筑外墙传热系数,最后提出满足室内相对湿度50%时的发霉温度点的传热系数为适用于中国严寒地区居住建筑的外墙传热系数。

PVDF中空纤维换热管超疏水表面强化蒸气滴状冷凝传热

为了提高塑料换热管的传热性能,通过两步涂覆法制备了具有超疏水表面的复合塑料换热管。首先采用多孔PVDF中空纤维膜为支撑层,以导热材料纳米ZnO填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)为皮层,制备了具有致密外表皮层的复合塑料换热管。其次为了强化蒸气的滴状冷凝传热,通过考察正硅酸乙酯含量,氨水含量等条件的影响,制备出了具有超疏水表面的PVDF复合塑料换热管。结果表明,所制备的换热管表面接触角可达154°,与熔融法及NIPS法制备的换热管相比,总传热系数可提高85.3%～147.3%。

一种金属表面发射率测量的新方法

【目的】针对测量管壳式热交换器的管束表面发射率精度低、成本高的问题,提出了一种廉价且精准的表面发射率测量的新方法。【方法】该方法以马弗炉内部空间为独立的封闭系统,根据能量守恒定律推导出系统内被测对象的表面发射率的函数关系式。对温度采样的过程中的低频噪声污染,采用两种平滑算法进行降噪。【结果】温度设置为200~500℃,对三种不同材质、不同表面处理方式的钢材进行了温度测量和发射率计算与误差分析。对比结果后发现:随温度和尺寸的升高,奥氏体不锈钢发射率逐渐减小,而碳素钢发射率逐渐增大。【结论】新方法可实现表面发射率的在线测量,且误差低。通过温度数据的降噪优化算法可以提高精度。奥氏体不锈钢的发射率与样品的尺寸有关,尺寸越大,发射率越大。

苏联传热学教材中辐射换热部分内容的变化

随着科学技术的进步,传热学有了迅速的发展。各国传热学教材的内容也相应得到了不同程度的更新。1978年以来,我国新编传热学教材内容的充实和更新是大家所共知的;我们对欧美传热学教材的近况和变化也是比较清楚的;对比起来,对于苏联的传热学教材,由于近几年介绍很少因而了解不多,下面试图在这一方面作些剖析。

环形通道内空气湍流正在发展流与壁面辐射的耦合换热研究

对内环壁面加热、外环壁面绝热的圆环型通道,数值研究了空气湍流正在发展流与壁面辐射的稳态耦合换热。采用低雷诺数k-ε模型与SIMPLEC算法求解气流的湍流流动与对流换热,采用蒙特卡罗法求解壁面间的辐射换热,对流换热与表面间辐射换热通过绝热壁面边界条件进行耦合。通过模拟计算,分析了相关参数及物性变化的影响。研究结果表明,入口Re数与壁面发射率均对通道内的换热有重要影响;考虑空气物性变化与否所预测到的对流热流分布形态相差非常大,常物性下的模拟结果会导致对通道内热输运特性的不正确认识。

顶棚辐射供冷房间人体与环境换热的实验研究

辐射供冷空调系统具有舒适、节能等优点,备受国内外工程设计和研究者的关注。在此通过实验研究了顶棚辐射供冷房间在冷吊顶辐射作用下,室内空气温度、房间壁面温度、人体表面温度的变化规律。在此基础上,分析了人体与环境的对流换热及辐射换热的变化规律。研究结果表明,在辐射供冷系统开启后约60min内,辐射板表面温度、室内空气温度有显著变化,人体服装外表面温度变化比较缓慢,人体和环境的对流及辐射换热量逐步增大,系统开启60min后,上述各项趋于稳定。

铝板翅式换热器翅片表面性能的试验研究

目前,国内进行板翅式换热器设计时,直接采用日本神户钢铁公司的翅片表面性能曲线势必会导致板翅式换热器热力设计有较大的误差。为此,设计并搭建了一台翅式换热器翅片表面性能试验装置,对锯齿形、波纹形、百叶窗形3种常见的铝翅片表面进行了冷态和热态试验研究,测定翅片表面传热性能和摩阻损失曲线,得到了雷诺数Re与传热因子j、摩擦因子f的关系。试验结果表明,国产翅片的摩擦阻力与国外接近,甚至低于国外,而传热性能大约低10%;在Re>4000时,随着雷诺数的继续增大,国产翅片传热性能降低较快,这说明国产翅片的加工工艺、制造精度和材料冶金工艺等虽已接近国外先进水平,但还有待进一步改进。

多变因素条件下延伸表面传热通用数值分析计算的研究

研究各种形式肋片在辐射-对流-导热的联合作用下，以及变热特性参数条件时稳态与非稳态传热的通用数学物理模型和数值计算方法，考虑了辐射与整体肋片传热计算的耦合问题．