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太阳能热压通风屋面的应用研究

2020-12-01阅读(950)

太阳能热压通风屋面的应用研究

论文摘要

南方地区夏季日照时间长,而且太阳辐射强度大,通常水平屋面外表面的空气综合温度达到60~80℃,顶层房间室内温度比其下层室内温度要高出2～4℃。同时顶层房间室内热环境主要受室内辐射影响较大,屋面的热工性能好坏直接影响着室内的热舒适。本文基于南方传统大阶砖通风屋面隔热性能差,提出铺设铝箔隔热与架设拔风井利用热压加强通风间层通风效应,改善传统大阶砖通风屋面隔热性能的研究方案。提出一种白天隔热好、晚上散热快的新型节能屋面,即太阳能热压通风屋面。本论文在纯热压状况下研究,首先对太阳能热压通风屋顶的隔热性能进行了理论分析,然后建立计算机数学模型,利用FLUENT软件进行模拟分析,模拟的重点是针对太阳能热压通风屋面在不同太阳辐射强度、空气间层高度、拔风井宽度、拔风井出口宽度、拔风井高度、拔风井数量等参数影响下,模拟计算流经太阳能热压通风屋面通风通道的通风量,并进行对比与分析,找出各参数对屋面通风通道通风量的影响规律。并且,对模拟所得的太阳能热压通风屋面通风通道内空气温度场和速度场进行分析,得出相应的结论。最后,通过实验,得到太阳能热压通风屋面通风隔热效果随着太阳辐射强度、拔风井高度、拔风井出口宽度的变化规律,同时得到太阳能热压通风屋面通风通道温度场和速度场的变化规律:随着太阳辐射强度的增大,太阳能热压通风屋面自然通风量逐渐增大;太阳能热压通风屋面自然通风量随着拔风井出口宽度的增加而增加;拔风井高度的增加带来的是太阳能热压通风屋面通风量的明显加大;屋面通风通道内空气温度沿通风通道高度方向逐渐降低,在边界层内温度、速度梯度非常大;距离屋面通风通道上壁面50mm处,沿屋面通道长度方向,空气温度先急剧增大(经过渡流),后平稳增大(紊流阶段);沿屋面通道高度方向,空气速度越接近通道中心,其值越大,且随流向逐渐增大。结果表明实验和模拟具有较好的一致性,从而验证了模拟模型的正确性。实验测试太阳能热压通风屋面内外表面的温度逐时值和各对应房间的室内温度值,结果表明太阳能热压通风屋面隔热作用铝箔占40%左右,太阳能拔风井热压通风换热占60%左右;太阳能热压通风屋面比传统大阶砖通风屋面内表面最高温度低2.6℃,日平均温度低1.6℃;太阳能热压通风屋面内表面温度的变化很平缓,日平均温度是27.6℃,最高温度28.45℃,温度波幅只有0.85℃。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 1 绪论
  • 1.1 课题来源与研究背景
  • 1.1.1 课题来源
  • 1.1.2 本文的研究背景
  • 1.2 研究的目的和意义
  • 1.3 国内外研究现状
  • 1.3.1 节能屋面的国内外研究现状
  • 1.3.2 铝箔在通风屋面中的应用研究现状
  • 1.3.3 太阳能拔风井的研究现状
  • 1.4 课题研究内容与研究方案
  • 1.4.1 本文的研究内容
  • 1.4.2 本文的研究方案
  • 2 太阳能热压通风屋面的理论分析与数值模拟研究
  • 2.1 太阳能热压通风屋面隔热原理
  • 2.2 铝箔对提高空气间层隔热能力的应用研究
  • 2.3 自然通风原理分析
  • 2.3.1 热压自然通风机理
  • 2.3.2 热压的计算
  • 2.3.3 热压作用下的通风量的计算
  • 2.4 太阳能热压通风屋面数值模拟研究
  • 2.4.1 太阳能热压通风屋面流态的判定
  • 2.4.2 紊流数学模型
  • 2.4.3 边界条件
  • 2.4.4 模型简化和假设
  • 2.4.5 GAMBIT.与FLUENT 在本课题中的应用
  • 2.5 本章小结
  • 3 太阳能热压通风屋面数值计算研究
  • 3.1 太阳能热压通风屋面数值计算
  • 3.1.1 数值计算模型
  • 3.1.2 数值计算参数范围
  • 3.1.3 数值计算方案
  • 3.2 太阳能热压通风屋面数值计算结果分析
  • 3.2.1 太阳辐射强度对太阳能热压通风屋面通风量的影响
  • 3.2.2 .拔风井通道宽度与拔风井上部出口宽度的影响
  • 3.2.3 太阳能热压通风屋面通风间层高度的影响
  • 3.2.4 拔风井高度、拔风井数量、出口方式的影响
  • 3.3 太阳能热压通风屋面通风通道内温度场和速度场分析
  • 3.3.1 通风通道垂直温度场、水平温度场分析
  • 3.3.2 通风通道垂直速度场、水平速度场分析
  • 3.4 本章小结
  • 4 实验测试与数据分析
  • 4.1 实验概述
  • 4.1.1 实验目的与内容
  • 4.1.2 实验器材
  • 4.1.3 实验模型
  • 4.2 实验方案
  • 4.2.1 屋面概况
  • 4.2.2 实验方案
  • 4.3 实验屋面搭建
  • 4.3.1 美国DALLSE 数字温度传感器筛选与标定
  • 4.3.2 两屋面对应房间的分割
  • 4.3.3 太阳能热压通风屋面与传统大阶砖通风屋面的砌筑
  • 4.4 实验数据处理与分析
  • 4.4.1 太阳能热压通风屋面隔热效果分析
  • 4.4.2 太阳能热压通风屋面与其他屋面内、外表面温度的对比与分析
  • 4.4.3 太阳能热压通风屋面有无铝箔的对比与分析
  • 4.4.4 实测太阳辐射强度、拔风井高度、拔风井出口宽度的影响规律
  • 4.4.5 太阳能热压通风屋面通风间层温度场测试与分析
  • 4.4.6 太阳能热压通风屋面通风间层速度场测试与分析
  • 4.5 本章小结
  • 5 结论与展望
  • 5.1 本论文的主要研究结论
  • 5.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • A 太阳能热压通风屋面有关参数的计算机模拟结果
  • B 太阳能热压通风屋面有关性能参数测试结果
  • C 符号注释
  • D 研究生期间研究成果

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