基于CFD的辐射冷顶板与风扇耦合系统性能优化

吸音板用来解决辐射式天花板供冷系统的噪声问题,但其阻碍了辐射换热。本文提出通过风扇的调风作用来优化辐射冷顶板与风扇耦合系统,基于CFD模拟讨论了耦合系统的室内气流分布、热舒适及换热系数变化,研究了吸音板安装方式、风扇转速和风扇转向对辐射天花板性能的影响。结果表明:风扇的加入增大了顶板的对流换热系数和总换热系数;随着风扇转速的增大,室内的空气温度和人体热舒适性评价指标(PMV)降低;风扇向上吹风的效果优于向下吹风,吸音板竖直安装优于水平安装。

夏热冬冷地区地板辐射和风机盘管供暖的对比分析

为分析地板辐射供暖和风机盘管供暖在夏热冬冷地区的具体运行效果,对两种模式下的室内热舒适、供热能力和能耗进行了实验和OpenStudio模拟分析。实验和模拟结果表明:风机盘管系统在运行初期体现优势,但后期地板辐射供暖具有更好的室内舒适性,垂直峰谷差仅为0.03℃,预测平均值模型PMV为-0.28,预测不满意百分比指标(PPD)为6.83%;地板辐射供热能力大于风机盘管供热,且耗电量更低。

双螺旋盘管内膨胀石墨对相变材料的传热强化机制与蓄放热性能

本工作提出了一种双螺旋盘管与膨胀石墨强化传热的相变蓄热器结构,通过建立双螺旋管相变蓄热器模型,模拟了双螺旋管的螺距、材料热物性对蓄放热性能的影响规律。探讨了限制空间下相变材料自然对流与材料导热增强在传热强化过程中的控制作用。结果表明,在加工螺距限制条件下,减小螺距及增加螺旋数可以提升蓄热器放热性能。膨胀石墨可以提升相变材料热导率,同时会导致材料黏度增大,因此添加膨胀石墨能增强蓄热器的导热换热,但抑制自然对流换热。通过对比分析发现,在限制空间下材料的导热增强带来的传热强化程度能够弥补由于材料自然对流不足导致的传热损失。因此,本工作揭示了相变蓄热器传热强化的控制步骤在于材料热导率强化。基于实验和仿真结合的方式,本工作设计了一款用于加热生活热水的蓄热器结构,验证了所设计的蓄热器在宽进口温度、进口流量等操作工况下具有优异的放热性能。该蓄热器与电加热器相结合,能够在电热功率小于2200 W的条件下实现热水加热功率超3500 W,突破了家用电热设备的功率限制。

用于高大空间的新型风机盘管性能研究

高大空间空气温度分布梯度较大,不同的送风方式对室内舒适度及节能效果影响较大。文章针对一种用于高大空间的新型风机盘管空调系统开展研究,从室内热舒适的角度与传统的喷口送风对比,以重庆某大学综合楼的备用展厅为研究对象,利用数值模拟的手段对比分析了两种送风方式的温度场、空气龄以及PMV-PPD值。结果表明:相同出口风速下,新型风机盘管的气流组织明显优于传统喷口送风;室内在达到相同热环境时,新型风机盘管的经济性优于传统喷口;新型风机盘管风口风速设计的过高,会在风口垂直向下的区域内产生一块热舒适性较差的低温区。

保暖服传热分析及数值模拟

个体保暖注重人体周围微环境的调节,在满足热舒适度的前提下可以实现节能。使用COMSOL Multiphysics软件建立了人体—保暖服的流动传热模型,研究了循环水入口速度、循环水入口温度、人体代谢率和环境温度对保暖服保暖性能的影响。结果表明:循环水入口速度和入口温度的增大都会提高保暖效果,保暖服的最佳入口速度为0.6 m/s;循环水入口温度每增加5℃,人体平均温度增加3.92℃,人体表面平均温度增加3.90℃;人体代谢率对保暖效果几乎没有影响。设计保暖服时选取合适的循环水入口速度和温度可以满足热舒适度,同时也可以实现节能。

窗墙比对供暖房间热舒适及系统能耗影响研究

建筑围护结构直接影响室内热湿负荷,而窗户作为三大围护结构中热工性能最差的构件,其对室内热负荷的影响最大,尤其是当存在太阳辐射时会直接影响室内热舒适性。搭建空气源热泵对流-辐射联合供暖系统测试台,并在大窗墙比的情况下增设保温材料设置等效墙的形式,研究了窗墙比对冬季不同供暖模式下室内热舒适及能耗的影响。结果表明,在空气源热泵供水温度一定时,地板辐射末端供暖比风机盘管末端具有更舒适的室内热环境、垂直温度梯度较小并且能耗相对较少;受到太阳辐射的影响,随着窗墙比的增加,地板辐射供暖系统下室内温度波动减小,能耗增加,PMV值变化在热舒适范围内。

土壤—空气新风换热器运行特性

为满足人员对公共建筑室内热舒适要求,同时考虑公共建筑经济性,提出对餐厅采用土壤—空气新风换热器系统,充分利用天然蓄热体土壤,将室外空气与土壤换热,夏季冷却新风,冬季预热新风。利用COMSOL数值模拟软件对土壤—空气新风换热器系统进行模拟计算,并与工程实例结果进行对比,证实误差不超过7%。模拟计算结果显示,管长的增加有利于水平埋地管的换热,埋管管长为30m时,换热量达到430.63W;管径越大,换热效果越差,管径取DN110,换热量为451.09W;管间距的增大,换热量逐渐升高,管间距为2m时,换热量为304.62W。通过与冷冻处理新风系统进行对比,分析土壤—空气新风换热器的优势及经济性。

酒店房间空调2种送新风方式的数值模拟及舒适性分析

将酒店房间空调2种送新风方式的空气处理方案进行对比,并运用CFD软件对室内空调热环境进行数值模拟。与新风接回风箱式送风相比,新风直送式的PMV、PPD值满意面积大27.2%、29.3%。此外,新风直送式系统更便于控制和管理且室内空气新鲜度容易得到保证,而新风接回风箱式数值模拟存在30%室内面积的气流死角。对酒店房间空调而言,新风直送式更值得选用。

CFD技术在人体耦合散热及热舒适性方面的应用

从人体建模、网格划分、边界条件的处理、湍流模型的选择及模拟结果分析等方面系统地介绍了如何利用Fluent进行人体散热的数值模拟以及舒适性分析。在相同工况条件下,完成了基于三类边界条件的人体散热的数值模拟计算,经分析比较后指出第一类、第二类边界条件模拟的种种弊端和在反映人体舒适性问题方面上的不足,然而与场函数结合的第三类边界条件具有自动适应周围流场的特点,其模拟结果能更为精确地反映人体各部位的散热量,从而反映各部位的冷暖感觉。

建筑外壁面换热系数对室内自然对流传热影响

为研究建筑外壁面换热系数与供暖室内自然对流换热的关联性,采用修正的湍流k-ε模型对外墙外壁面不同换热系数情况下的室内自然对流换热过程进行了数值分析并对比了热负荷值。结果表明:在满足室内供暖温度(18℃)要求条件下,考虑外界辐射和蒸发对外壁面换热过程的作用(外壁面换热系数取8.1 W·m-2·°C-1),所得散热器表面的换热能力要低于按照暖通设计规范取值(外壁面换热系数取23.3 W·m-2·°C-1)所得结果,两种取值方式对室内温度场和舒适性的影响很微弱,但所得室内热负荷之间的差异达到了6.2%。

天津农村住宅空气源热泵供暖应用分析

为研究天津农村地区空气源热泵供暖取代燃煤供暖后居民的热舒适需求变化及不同供暖末端的供暖效果,在天津某农村进行了热舒适调研,并实测了空气源热泵+散热器/风机盘管系统的运行性能,最后利用模拟软件进行了建模比较分析。调研发现,天津农村地区冬季供暖时90%居民可接受的操作温度范围为16.4~19.2℃。实测表明,风机盘管用户室内空气温度高于散热器用户,且日均单位面积供暖电耗与散热器用户基本相同。能耗模拟结果也表明,在保障室内舒适度前提下,供暖末端为风机盘管时所需机组供回水温度比散热器低,供暖电耗少。

压电风扇嵌入式冷却系统流场及换热特性研究

提出一种压电风扇嵌入式冷却系统,并对其进行了数值模拟和试验研究,分析了压电风扇诱导非定常流场流动特性及强化换热性能,研究了外部供风风速、翅间距对流场和换热性能的影响。研究表明,由于压电风扇的挤压、扰动及涡旋的作用,翅片壁面原本稳定的热边界层被破坏,流体的混合和热交换作用增强,温度梯度减小,因而翅片与空气间的热阻降低。结果表明,翅间距为18mm时,该文中压电风扇散热效果最佳。

模块带腔地板辐射供暖系统数值模拟

为建立验证并完善模块带腔地板辐射供暖系统的CFD数值计算模型,运用数值计算模型对影响模块带腔地板辐射供暖系统的参数进行分析.建立模块带腔地板辐射供暖系统的计算模型,利用CFD软件进行模拟计算,分析供回水温度变化时地板表面平均温度,并与实验测得的数据进行对比,验证模型的正确性.利用验证后的模型,分析盘管间距对地板表面温度的影响.结果表明:所建立的CFD数值计算模型与计算方法是可行的;在供回水平均温度相同情况下,地板平均温度模拟结果与测试结果均存在1℃左右偏差,但相对偏差可以控制在5%以内.结论:盘管间距越大,模块带腔地板辐射供暖系统地板表面温度相对越低,间距对本系统的影响不可忽视.

干式风机盘管翅片管换热器流动换热的数值模拟与试验对比

利用CFD软件对干式风机盘管翅片管换热器空气侧的流动和换热特性进行数值模拟。同时,将模拟结果与试验数据进行对比分析,结果表明数值模拟计算方法是可行的,可为干式风机盘管产品的优化设计提供参考。

地板辐射采暖系统与散热器采暖系统性能的数值分析与实验研究

采暖设备的使用过程中,热舒适性是一项重要的用户使用指标。本文以江苏省典型普通住宅采暖系统为研究对象,运用计算机流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟技术建立物理模型,对室内温度场与热舒适度进行分析。同时实验采集温度、湿度等相关参数,分析地板辐射采暖与散热器采暖的热舒适度差异。CFD数值模拟与实验结果相比较发现:相同室外环境下,地板辐射换热采暖温度波动范围小于散热器采暖,地板辐射换热采暖较散热器采暖更加舒适。

基于个性化需求的高大中庭热舒适性优化工程实践

以上海某中庭建筑为案例,分析了高大中庭冬季工况下的室内热舒适性问题,提出了优化改进建议和对策并实施了工程改造,通过在营业区铺设电热膜供暖系统来改善室内热舒适性,对改造效果进行了实测和模拟评估,结果显示工作区温度由14℃左右提高到了18℃以上,满足热舒适性要求。

ISP工艺中卷取箱内板卷导热数学模型的研究

依据ISP工艺中卷取箱内板带的表面特性、板带厚度和板间接触压力对板卷径向热量的传递有较大影响,建立了能真实反映该影响因素的板带间径向等效导热系数计算模型,并建立了适用于求解为非连续介质的板卷导热数学模型。通过对模型的模拟求解,计算分析了板卷热过程,板卷最大温差为12℃,满足轧制工艺的要求,并为计算分析箱内热过程提供理论依据。

地板采暖和风机采暖室内热环境的对比研究

对同一采暖房间分别进行地盘管和风机盘管两种采暖方式进行冬季采暖实验,对实验结果进行分析;并在相同的边界条件情况时用CFD软件对两种采暖方式下室内热环境进行模拟。分别通过实验结果和模拟结果来比较两种采暖方式的优劣,得出使用地盘管采暖更舒适的结论。

寒冷地区住宅地板表面温度对地板供暖房间内环境参数的影响

为研究室外环境参数与地板表面温度同时变化对地板供暖房间内环境参数的影响规律,本文采用湍流Realizable k-ε模型模拟计算了4个地板温度下的室内温度场和C_7H_8浓度场。结果表明:地板表面温度小范围变化时,室内温度平均水平随时间表现出了相似的变化规律,地板表面温度为24℃时,能满足供暖温度需求,但不能满足舒适性要求;地板表面温度从25℃变化到27℃,Z=1.1 m水平面上的污染物浓度平均值在扩散时段的最大相对偏差仅为1.25%,但不同房间内温度场及污染物浓度场的局部分布特征则存在较大差异。地板表面温度大于等于25℃时,室内PMV值均大于等于-0.75,满足舒适性要求。

冬冷夏热地区地板辐射采暖的现场测试和模拟研究

本文首先对地板辐射采暖房间进行现场测试,得到房间布点位置的温度和湿度,为数值模拟边界条件的设置提供依据。利用CFD对房间进行了数值模拟,得出了房间的温湿度分布、气流的运动状态和房间热舒适性评价指标(PMV-PPD)等,对房间的热舒适性进行了总体分析评价。