加装长波高透过性薄膜的冷却顶板/置换通风系统实验与模拟

论文摘要

目前冷却顶板/置换通风系统有两个突出问题:冷却顶板易“结露”;冷却顶板形成的“下降气流”破坏了置换通风的流型,降低了空气品质。本文提出了解决方法:用对长波具有高透过性的薄膜包裹冷却顶板,并在冷却顶板下表面和薄膜之间保留一真空或空气夹层。因为真空或空气夹层具有较高的热阻,所以薄膜温度将明显高于冷却项板下表面温度而接近其周围室内空气温度。通常薄膜温度这样高时不会结露,而且能大大减小冷却顶板形成的下降气流。虽然薄膜温度较高,但因为薄膜的长波透过率很高,薄膜对冷却顶板和室内热源或壁面之间的辐射换热几乎没有影响,所以冷却顶板仍能保持大部分制冷能力。 提出了一种测试薄膜透过率、发射率、反射率的简易方法,并对实验用薄膜进行了测试。在一个办公室内进行了该系统的实验,证实了本文提出的解决方法的可行性。建立模拟小室对冷却顶板在无膜、加膜、加膜且在空气夹层中加网格时的工况进行了测试,建立这些工况的换热模型并进行了模拟分析,主要结论有:冷却顶板加膜时,常温冷冻水直接进入冷却顶板,顶板也不会结露;在不“结露”条件下,加膜冷却顶板的最大制冷量可以是无膜冷却顶板的2倍多,这样加膜时可以节省一半多的顶板敷设面积,明显降低建造费用。 建立模拟小室对冷却顶板/置换通风系统在无膜、加膜、加膜且在空气夹层中加网格的工况进行了测试。结果表明:在相同条件下,加膜只使冷却顶板的制冷量略有减小,但使置换通风的制冷量增加。加膜使室温升高,上部空气温度比下部升高得更明显;并发现在冷却顶板加装网格后出现定向辐射制冷现象。 建立了冷却顶板/置换通风系统在无膜、加膜时的数学模型,模型包括:区域划分、冷却顶板换热模型、气流模拟模型、辐射换热模型、壁面热平衡模型、CFD模型。对冷却顶板/置换通风系统在无膜、加膜且夹层为空气、加膜且夹层为真空三种情况下的性能进行了模拟比较。比较可知:在系统总制冷量相同的条件下,与无膜时相比,加膜后室内温度场具有明显的置换通风特点,“下降气流”明显减小;污染度平均降低70%左右,空气品质明显提高。 最后,指出空调末端设备的辐射和对流换热量之比对室内环境影响很大,是下一步研究的重要方向。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 符号说明
• 第1章 引言
• 1.1 置换通风概述
• 1.2 冷却顶板概述
• 1.3 冷却顶板与置换通风相结合的空调系统概述
• 1.3.1 冷却顶板/置换通风系统的优点
• 1.3.2 冷却顶板/置换通风系统的缺点
• 1.3.2.1 结露问题
• 1.3.2.2 冷却顶板形成的下降气流问题
• 1.4 论文主要研究内容与研究思路
• 1.4.1 提出解决“结露”和“下降气流”问题的方法
• 1.4.2 遴选合适的长波高透过性薄膜
• 1.4.3 通过实验初步评判该解决方法的可行性
• 1.4.4 加装长波高透过性薄膜的冷却顶板实验
• 1.4.5 冷却顶板换热理论分析及模拟
• 1.4.6 有膜冷却顶板/置换通风系统实验（模拟小室）
• 1.4.7 有膜冷却顶板/置换通风系统模拟
• 1.5 小结
• 第2章 解决“结露”和“下降气流”问题的方法
• 2.1 解决方法的提出
• 2.2 解决方法的初步评价
• 2.3 加膜冷却顶板制作工艺简析
• 2.4 小结
• 第3章 长波高透过性薄膜的选取及实验材料性能测试
• 3.1 长波高透过性薄膜的选取
• 3.2 实验所用木板导热系数与发射率测试
• 3.2.1 测试台概述
• 3.2.2 测试参数及测试方法
• 3.2.3 测试结果分析
• 3.2.3.1 被测试木板导热系数
• 3.2.3.2 被测试木板发射率
• 3.3 实验所用长波高透过性薄膜的透过率、发射率和反射率测试
• 3.3.1 测试台概述
• 3.3.2 测试参数及测试方法
• 3.3.3 测试结果分析
• 3.4 测试方法的评价及误差分析
• 3.5 小结
• 第4章 加膜冷却顶板/置换通风系统实验（真实房间）
• 4.1 实验系统
• 4.1.1 实验房间
• 4.1.2 冷却顶板系统
• 4.1.3 置换通风系统
• 4.1.4 测试系统
• 4.2 空调系统性能比较实验
• 4.3 加膜冷却顶板性能初步分析
• 4.4 小结
• 第5章 加装长波高透过性薄膜的冷却顶板实验
• 5.1 实验装置
• 5.1.1 模拟小室
• 5.1.2 测试系统
• 5.2 无膜冷却顶板性能实验
• 5.2.1 变环境温度实验
• 5.2.2 变进水温度实验
• 5.2.3 变水量实验
• 5.3 加膜冷却顶板性能实验
• 5.3.1 变空气夹层厚度实验一
• 5.3.2 变空气夹层厚度实验二
• 5.3.3 变空气夹层厚度实验三
• 5.3.4 变环境温度实验
• 5.3.5 变水流量实验
• 5.3.6 有无薄膜比较实验
• 5.4 加膜且在空气夹层中加装网格实验
• 5.5 小结
• 第6章 冷却顶板换热模拟与分析
• 6.1 无膜冷却顶板模拟
• 6.1.1 模拟对象描述
• 6.1.2 导热微分方程
• 6.1.3 定解条件
• 6.1.3.1 第一类边界条件
• 6.1.3.2 第二类边界条件
• 6.1.3.3 第三类边界条件
• 6.2 加膜冷却顶板模拟
• 6.2.1 模拟对象描述
• 6.2.2 导热微分方程
• 6.2.3 定解条件
• 6.2.3.1 第一类边界条件
• 6.2.3.2 第二类边界条件
• 6.2.3.3 第三类边界条件
• 6.2.3.4 加膜辐射换热网络的简化
• 6.3 加膜且在空气夹层中加装网格的冷却顶板模拟
• 6.3.1 模拟对象描述
• 6.3.2 导热微分方程
• 6.3.3 定解条件
• 6.3.3.1 第一类边界条件
• 6.3.3.2 第二类边界条件
• 6.3.3.3 第三类边界条件
• 6.4 模型的求解与验证
• 6.4.1 模型的求解
• 6.4.2 无膜时冷却顶板模拟结果与实验数据比较
• 6.4.3 加膜时冷却顶板模拟结果与实验数据比较
• 6.4.4 加膜且加网格的冷却顶板模拟结果与实验数据比较
• 6.5 冷却顶板性能模拟分析
• 6.5.1 薄膜长波透过率对冷却顶板性能的影响
• 6.5.2 加膜和无膜时冷却顶板性能比较
• 6.5.3 加膜时进水温度对冷却顶板性能的影响
• 6.5.4 加膜冷却顶板最大制冷能力研究
• 6.5.5 加膜对室内冷却顶板所需敷设面积的影响
• 6.5.6 夹层为真空的加膜冷却顶板性能分析
• 6.5.7 薄膜和冷却顶板间夹层热阻分析
• 6.6 小结
• 第7章 冷却顶板/置换通风系统实验（模拟小室）
• 7.1 实验装置
• 7.1.1 模拟小室
• 7.1.2 测试系统
• 7.2 加膜冷却顶板/置换通风系统实验
• 7.2.1 变水流量实验
• 7.2.2 变进风温度实验
• 7.2.3 变环境温度实验
• 7.2.4 无膜与加膜比较实验一
• 7.2.5 无膜与加膜比较实验二
• 7.3 加膜且加网格的冷却顶板/置换通风系统实验
• 7.3.1 无网格与加4cm网格比较实验
• 7.3.2 无网格与加8cm网格比较实验
• 7.3.3 网格高度影响实验
• 7.3.4 变环境温度实验
• 7.4 无膜冷却顶板/置换通风系统实验
• 7.4.1 变环境温度实验
• 7.4.2 变进风温度实验
• 7.4.3 变风量实验
• 7.4.4 变水量实验
• 7.5 小结
• 第8章 冷却顶板/置换通风系统模拟
• 8.1 模拟问题分析
• 8.2 模型概述
• 8.3 气流模拟模型
• 8.3.1 Multizonal模型
• 8.3.2 CFD模型
• 8.3.3 Arumí-Noé提出的气流网络模型
• 8.3.4 Zonal模型
• 8.3.4.1 Zonal模型概述
• 8.3.4.2 Zonal模型的分区
• 8.3.4.3.Zonal模型的基本算法
• 8.3.4.3.1 射流主导的气流计算
• 8.3.4.3.2 空气密度差主导的气流计算
• 8.3.4.4 zonal模型的求解
• 8.4 室内辐射换热模型
• 8.4.1 无膜时室内辐射换热模型
• 8.4.2 加膜时室内辐射换热模型
• 8.4.3 加膜且加网格时室内辐射换热模型
• 8.5 壁面热平衡模型
• 8.6 CFD模型
• 8.7 模拟结果与实验比较
• 8.7.1 无膜冷却顶板/置换通风系统
• 8.7.1.1 工况比较一
• 8.7.1.2 工况比较二
• 8.7.2 加膜冷却顶板/置换通风空调系统
• 8.7.2.1 工况比较一
• 8.7.2.2 工况比较二
• 8.8 小结
• 第9章 几种冷却顶板/置换通风系统性能比较
• 9.1 系统性能比较的前提条件
• 9.2 几种冷却顶板/置换通风系统的设计
• 9.3 室内温度场比较分析
• 9.4 制冷量比较分析
• 9.5 室内空气流场比较分析
• 9.6 室内污染度比较分析
• 9.7 小结
• 第10章 结论与展望
• 10.1 结论
• 10.2 进一步工作的方向
• 10.2.1 加膜冷却顶板的选材与制作
• 10.2.2 加膜冷却顶板/置换通风系统实验
• 10.2.3 加膜冷却顶板/置换通风系统性能研究
• 10.2.4 制冷装置的辐射和对流制冷量之比对室内热环境的影响
• 10.2.5 “定向辐射冷却系统”的研究
• 10.2.6 加膜冷却顶板在供暖时的应用
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果