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太阳能烟囱优化通风的数学模型构建探究

发布时间:2020-11-12 15:55 论文编辑: 价格: 所属栏目:毕业论文

本文在考虑了玻璃盖板和集热墙的导热热阻后,所建立的一维稳态模型在计算结果上更加接近所对应的实验数据,表明本文的修正模型具有可靠性并在一定程度下提高了模型的预测准确度。

第一章绪论


1.1课题研究的背景与意义
在中国经济高速发展的背景,能源需求正在快速增长,这使得节约能源和开发利用新能源显得十分紧迫。而近些年来,伴随着大规模工程建设的进行,我国建筑能耗总量也逐年上升,在这些高能耗建筑中,建筑通风能耗经常被人们所忽略。有研究表明通风能耗大约占整个建筑能耗的20%以上,因此在保证室内空气品质的前提下,如何降低建筑通风能耗具有重要的研究意义。自然通风是一种节能环保的通风方式,既可以满足室内空气的舒适性要求,又可以节约设备的运行和维修费用从而降低通风能耗,同时能够创造可持续发展的绿色建筑环境。囚此,利用自然通风技术降低建筑通风能耗、改善室内环境受到研究人员的广泛关注,对其进行研究也是当今时展的必然趋势。所谓自然通风是指依靠白然界的风力造成的风压或室内外空气温度差所引起的热压促使空气流动的一种通风换气方式。与机械通风相比,自然通风无须复杂的通风设备和专门的驱动力,只需通过合理地设计房间门窗的位置即可形成有组织的自然风,在过度季节以及气候温和地区具有广阔的应用前景。然而白然通风受建筑形式,室内热源,周围环境,太阳辐射和气候等囚素的影响,使得建筑物的自然通风压头较小,产生的自然通风量很小,难以满足人们的正常需要,因此限制了自然通风的设计和发展。太阳能烟囱(solarchimne妇是一种利用太阳辐射能来强化自然通风的有效技术。太阳能烟囱技术是将现代太阳能热利用技术与古老的烟囱技术完美结合,巧妙地应用太阳辐射能量和烟囱的拔风作用来强化室内的空气流动。太阳能烟囱与传统竖直安装的烟囱的不同之处在于它的一个或多个壁面是由玻璃盖板构成的透明墙体,可以利用透过透明玻璃的太阳辐射热增大烟囱内外的温差从而增加空气的浮力和热压,利用烟囱效应的抽吸作用强化白然对流换热,使流动加速,增加室内通风量,改善通风效果,从而达到通风、降温、排除有害气体的目的飞目前,太阳能烟囱技术在欧美国家以及部分亚洲国家己经被广泛地应用于被动式太阳房,在建筑采暖、通风冷却以及发电等方面都表现出了较好的效果。然而我国在有关太阳能烟囱强化自然通风的研究上仍处于起步阶段,目前的研究多集


1.2太阳能烟囱强化自然通风的研究现状
20世纪50年代,法国科学家特隆泊(F.Trolnbe)最早发起对太阳能烟囱的研究[s],研究发现太阳能烟囱内部竖直方向的空气由于存在温度差,使得空气产生密度差,沿着烟囱墙面的竖直方向出现压力梯度,密度小的空气土升而产生自然对流。这种流动不消耗动力而完全取决于温差是否存在,流动的强度则与温差的大小相关,囚而随着太阳辐射强度的增加,烟囱进出口处的空气温差逐渐增加,使得诱导的空气流动加强。在目前的研究中,研究人员利用实验、理论解析以及模型模拟的方法,都己证明太阳能烟囱诱导的自然通风性能随着辐射强度的增加而提高。然而太阳辐射又具有随机性以及不确定性,难以控制,在影响太阳能烟囱通风特性的因素中除了太阳辐射强度、室外风速、环境温度等不确定因素外,太阳能烟囱自身的结构特性也是影响通风性能的一个重要因素,而且太阳能烟囱的结构可以因地制宜的进行设计和调整,具有可控性。因此本节主要介绍太阳能烟囱结构特性对通风性能的影响,并简单介绍其实验、理论与数值模拟等方法的研究现状。


第二章太阳能烟囱强化自然通风的..............................10
2.1自然通风原理..............................10
2.2太阳能烟囱自然通风原理..............................12
2.3本章小结..............................16
第三章太阳能烟囱自然通风的一维稳态传热模型..............................17
3.1太阳能烟囱的物理模型及假设条件..............................17
3.2太阳能烟囱的传热分析及数学模型建立..............................19
3.3传热数学模型的求解..............................22
3.4传热模型的可靠性验证..............................23
3.5太阳能烟囱自然通风的影响..............................25
第四章太阳能烟囱自然通风的一维非稳态传热模型..............................32
4.1一维非稳态传热研究的计算方法..............................32
第五章太阳能烟囱自然通风的数值模拟与分析...........................55
5.1引言...............................55
5.2模型的建立及采用的数值..............................56


第六章全文结论与工作展望


6.1论文结论本文
以宽045111,深度为0.1~0.4m,高度在2m一4m之间变化的太阳能烟囱为研究对象。利川能一吊一守恒定律,建立了太阳能烟囱强化自然通风的一维稳态传热模型与维非稳态传热模型。系统地研究了太阳能烟囱的结构参数(深度、高度、进风口高度)以及太阳辐射强度对通风效果的影响。为进一步探究烟囱内部空气的流动状态,采用CFD模拟的方法分析了烟囱内部的气流分布与温度分布,并分析了竖直方向的局部对流换热系数的变化情况。从本文的研究结果可以得出以下主要结论:
(2)通过与文献中的简化模型及实验数据相比,木文在考虑了玻璃盖板和集热墙的导热热阻后,所建立的一维稳态模型在计算结果上更加接近所对应的实验数据,表明本文的修正模型具有可靠性并在一定程度卜提高了模型的预测准确度。

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