夜间热压通风对建筑围护结构内表面的对流传热过程分析

夜间自然通风冷却技术可以有效降低空调的能耗,其流动起因包括风压、热压、风压+热压三类。我国许多地区的静风频率较高,甚至高于该地区主导风向的频率。因此,研究夜间热压通风具有鲜明的理论和现实意义。夜间热压通风的节能效果主要取决于通风气流与围护结构表面间的对流换热过程。对全尺度通风测试小室内气流与地面之间的对流换热过程进行了实测,分析了室内初温、地面初温和通风口尺寸等因素对地面对流换热过程的影响。实验结果表明,单侧热压通风过程中室内温度逐渐降低,温度变化越来越慢,垂直温度分布趋于均匀;若室内初温较高（接近地面初温）,则地面散热量小于通风排热量,通风过程中室内温度逐渐降低,通风量和温度效率均逐渐减小;若室内初温明显低于地面初温,通风初期地面散热量大于通风排热量,室内温度先快速升高再逐渐降低,通风量和温度效率均先增大后减小;相对于上小下大的通风口组合,上大下小组合对应的地面局部换热系数较小,地面平均换热系数较大,温度效率较高;若室外温度在12℃左右,室内初温13～35℃,地而初温33-41℃,则地面平均换热系数的变化范围在2～8 W/（m2·K）之间,局部换热系数低于18 W/（m2·K）。结合通风测试小室的物理原型,建立了夜间热压通风条件下围护结构内表面对流换热的数值模型,模型求解结果与实测数据具有较好的一致性,数值模拟思路及方法合理。对通廊式建筑门窗热压通风情形下围护结构内表面的对流换热过程进行了数值模拟,分析了室内外初始温差、围护结构表面初始温度、窗口特性以及房间进深等因素对内表面换热系数和房间平均换热系数的影响。模拟结果表明,地面的对流换热系数最大,北墙、东墙、西墙、南墙依次减小,天花板最小;在通风稳定阶段,各表面的换热系数大致保持恒定;地面换热量在房间总换热量中占比最大,东墙、西墙、北墙、南墙依次减小,天花板最小,通风过程中各表面换热量占比基本恒定;南窗和北窗的大小不同,但两窗户处中和面的位置相近,且基本不随时间变化。室内外初始温差、围护结构初始温度对房间换热系数影响较小,窗口特性、房间进深等因素对房间换热系数影响较大;在窗口面积相同的情况下,窗口高度越大,房间换热系数越大;房间进深越小,房间换热系数越大。根据模拟结果多元拟合得到了各表面处的对流换热关联式以及房间平均对流换热关联式,前者仅适用于通廊式建筑的门窗热压通风情形,后者的普适性较好,适用于此类建筑的门窗热压通风或风压通风情形。

基本信息

题目	夜间热压通风建筑围护结构内表面对流换热过程分析
文献类型	硕士论文
作者	王安全
作者单位	扬州大学
导师	杨秀峰
文献来源	扬州大学
发表年份	2020
学科分类	工程科技Ⅱ辑
专业分类	建筑科学与工程,建筑科学与工程
基金	江苏省自然科学基金(BK20161336),河南省高等学校供热空调重点学科开放实验室研究基金(2017HAC101)
分类号	TU111.4;TU831
关键词	夜间热压通风,围护结构内表面,对流换热系数,窗口特性,房间进深,对流换热关联式
总页数：	84
文件大小：	9155K

论文目录

摘要

Abstract

主要符号表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 夜间通风

1.2.2 热压通风

1.2.3 围护结构表面对流换热

1.2.4 已有研究的总结

1.3 课题的主要研究内容

第二章 测试小室内表面对流换热过程实测

2.1 实验概述

2.1.1 实验目的

2.1.2 实验系统

2.1.3 实验准备工作

2.1.4 实验步骤及方案

2.2 实验数据处理

2.2.1 表面的传热量

2.2.2 表面的辐射换热量

2.2.3 表面的对流换热量

2.2.4 表面的对流换热系数

2.2.5 热压通风量

2.2.6 热压通风的温度效率

2.2.7 误差分析

2.3 实验结果的分析

2.3.1 实验2试验数据分析

2.3.2 室内初温对地面对流换热过程的影响

2.3.3 地面初温对地面对流换热过程的影响

2.3.4 通风孔口尺寸对地面对流换热过程的影响

2.4 本章小结

第三章 热压通风的数值模拟和验证

3.1 数值模拟基础理论

3.1.1 基本控制方程

3.1.2 控制方程的离散

3.1.3 流场的数值计算方法

3.1.4 湍流模型

3.1.5 Boussinesq假设

3.2 验证模型的模拟方法以及合理性验证

3.2.1 验证模型

3.2.2 数值模拟方法

3.2.3 合理性验证

3.3 本章小结

第四章 内表面对流换热量化分析

4.1 数值模型

4.1.1 建筑模型

4.1.2 模拟工况

4.1.3 模拟方法

4.2 典型工况分析

4.2.1 热压通风房间的气流特性

4.2.2 房间内表面的局部对流换热系数

4.2.3 房间内表面的平均对流换热量、换热系数

4.2.4 房间各表面的对流换热量占比

4.2.5 窗口速度分布

4.2.6 瞬时通风量

4.2.7 房间的平均对流换热系数

4.3 室内外初始温差对热压通风换热过程的影响

4.3.1 室内外初始温差对内表面换热系数的影响

4.3.2 室内外初始温差对房间平均换热系数的影响

4.4 围护结构初始温度对热压通风换热过程的影响

4.4.1 围护结构初始温度对内表面换热系数的影响

4.4.2 围护结构初始温度对房间平均换热系数的影响

4.5 窗口特性对热压通风换热过程的影响

4.5.1 窗口特性对内表面平均换热系数的影响

4.5.2 窗口特性对房间平均换热系数的影响

4.6 房间进深对热压通风换热过程的影响

4.6.1 房间进深对内表面换热系数的影响（南窗尺寸1.5m×.3m）

4.6.2 房间进深对内表面换热系数的影响（南窗尺寸1.03 m×1.9 m）

4.6.3 房间进深对房间平均换热系数的影响

4.7 房间热压通风换热系数的多元回归分析

4.7.1 各表面的拟合关联式

4.7.2 房间的拟合关联式

4.7.3 关联式汇总

4.8 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及参与科研项目

参考文献

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