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一种计算辐射换热条件下室内空气流动的数值模拟方法
2015年05月09日 14:41 中国换热器网
  其计算结果也更加合理。  关键字室内流动辐射换热0引言作为种基本的传热方式,辐射换热在室内空调领域中运用十分广泛。  例如传统供暖中,辐射散热占定比例,此外在靠近暖气片的局部区域内,辐射散热对于室内空气场的温度分布和空气流动有着重要的影响。目前出现的地板辐射采暖及电热膜采暖中,辐射换热占有重要的作用,成为室内热源换热的主要方式,辐射换热量占到总换热量的50以上。由于辐射换热具有能效高节省能源热舒适性好等些优点运用前景非常广泛。  工程中辐射换热得到了大量运用,但目前对于室内辐射换热量计算,传统的工程设计计算方法,无法给出准确的计算。因此些工程设计中,辐射换热很难计算考虑,室内负荷计算都是做简化处理。同样辐射换热对室内空气温度的影响也无法计算和预测,因此必须寻找种能够计算辐射换热量和评价辐射换热对室内空气流动影响的计算方法。  计算流体力学CFD的出现,能够计算和模拟室内空气场的分布,提供了个评价和预测室内空气流动的方法。但由于辐射换热本身同空气无关,它是通过辐射换热影响到壁面的温度后,间接影响室内的空气场分布,它影响的是00计算的初始边界条件。目前国内外些,0计算软件,都不能准确计算室内辐射,无法评价其对室内环境的影响。对于这个问,国外学者提出些计算辐射换热方法,利用CFD和辐射换热联合模型,提供辐射换热条件下的室内空气场数值模拟方法,用于研究辐射换热对于室内环境的影响23.  针对辐射计算存在的问,本文引入辐射模型,实现了辐射换热的计算,并基于清华大学建筑技术科学系开发的建筑环境模拟软件3丁,13,建立了辐射换热条件下室内空气场的数值计算模型,用于计算和预测辐射换热条件下室内空气场的分布和流动。文章中,提供了个使用这种联合模型计算的算例,并同无福射计算模型的算例进行了比较。结果明,使用联合模型计算得到的结果更加合理,对室内的辐射换热必须加以考虑。  联合计算模型在实际空调领域应用中,辐射换热不是单独存在的,它伴随对流和导热起出现。在假设空气是辐射的透明体,不吸收辐射热量的前提下,辐射换热不能直接影响室内环境的度。壁面间的相互辐射换热,改变了壁体温度,进而引起壁面间导热的变化,以及壁面与空气对流换热量的变化,*终影响到室内空气温度和流场的变化。其中辐射导热和对流是相互耦合,相互影响的。  利用,能够求解计算室内空气场的分布,但它本身不能计算辐射换热。辐射换热对室内环境的影响主要是通过为,数值计算提供辐射换热条件下的边界条件而实现的因此要求解辐射换热条件下的室内空气流动,则必须包括以下个部分内容辐射计算模型数值计算,辐射导热和对流联合计算模型。  2.1辐射计算模型考虑个六面体的室内房间,房间的不同壁面结构,其导热特性面辐射发射率吸收率等各自不同,因此将房间的壁面根据热物性参数的不同以及实际的需要划分成不同的矩形网格,从而得到更为准确的壁面温度的分布,1.  不考虑建筑壁面的蓄热,建筑内壁面,参与换热的主要组成有室外导热传热与室内空气的对流换热壁面之间的辐射传热直接承受的辐射传热,2.  在对建筑内部壁面网格划分之后,共有1个壁面网格,对于房间围护结构的第个网格内壁面,可以建立如下的热平衡方程式其中;网格从外界的得到的导热传热量,以2,网格同相邻室内空气网格的对流换热系数,7与第壁面网格相邻的室内空气网格的温度,心,黑体辐射常数,等于5.76,12夂;第网格与第网格内面之间的系统黑度,约等于两个网格面自身黑度的乘积,即=4;0围护结构内面第网格对围护结构第网格的辐射角系数壁面网格接受的室内热源辐射量,2;3;壁面网格接受的太阳辐射以及大气长波辐射量,以加2.  2.25103模拟软件5丁3建筑环境模拟软件是清华大学建筑技术科学系自行开发计算软件,它能够用于计算模拟建筑室内的空气场的分布情况,包括温度,速度及浓度等,其计算准确性被大量室内环境模拟的算例所验证4.  2.3联合计算模型结合辐射计算模型,利用,计算软件,可以建立辐射对流和导热计算算例下面是利用联合计算模型对具体工况进行的数值模拟计算,并与没有考虑辐射换热计算的结果进行了比较。  3.1算例模拟房间模拟房间为3.6父3父3长宽高0东墙和吊顶是外墙,其它壁面为内墙。东墙上有1.8父1.8扣的窗户,窗户下面是1.89如的暖气片室外空气温度为9其它房间温度为18,暖气片温度为801 3.2结果比较过散热器和窗户2=1.8,1处截面温度分布比较从模拟结果来看,不同计算模型模拟出的室内空气温度场分布是有区别的。联合计算模型的模拟结果中3,由于接受散热器辐射散热,靠近散热器的地面以及附近的空气温度都比较高,这是散热器辐射造成的影响。没有耦合辐射模型的模拟计算结果明4,由于不考虑散热器辐射对室内温度分布的影响,在靠近散热器的地面和不靠近散热器的地面温度以及地面上方的空气温度没有明显的区别,这是不合理的。  过散热器和窗户⑴处截面空气流场比较结算结果显,不同计算模型得到的室内空气场流型发生了很大的变化。联合模型计算结果中,由于接受辐射热量,靠近暖气片的地面温度较高,在它上方形成了明显的上升气流5.辐射换热的存在影响了壁面温度的变化,进而导致室内流场的变化,在局部区域,作用十分明显。  辐射换热在工程中运用越来越广泛,但目前还还缺乏有效的辐射计算方法。对存在的问,本文开展了相应的研究,实现了计算辐射换热条件下室内空气流动的数值模拟,进行了不同模型的算例比较,得出以下结论1基于辐射计算模型和8丁013建立的联合计算模型,能够用来计算辐射换热,并用于模拟计算辐射换热条件下的室内空气流动,评价辐射对于室内环境的影响。  2辐射换热条件下,联合模型计算得到的结果比没有辐射模型的计算结果更加合理,辐射换热对于室内空气的温度场和流场都有很大的影响,必须考虑辐射换热的影响。
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