相变墙及相变窗的传热特性研究

摘要

随着人们节能环保意识的增强,相变材料用于建筑结构中越来越受到人们的关注。这是因为相变材料应用于建筑中可以减轻由于外界气温变化产生的室内温度波动,减轻供暖和空调制冷对能量的消耗。本文采用数值方法建模研究相变墙体及相变窗户,希望可以定性的分析其保温性能。
　　首先本文利用显热容法建立伴随相变的导热问题的理论模型,利用有限体积法求解伴随相变的导热微分方程,模拟墙体内的温度场,从而分析相变墙体的保温性能。本文所选取的墙体模型为一维三层墙体,其中中间层为相变材料,两侧为普通墙体。分析了不同的相变层厚度、相变层位置、相变潜热、相变温度范围及不同的相变材料导热系数对相变墙体的保温性能的影响。通过本文的分析可以定性的确定适合用于墙体中的相变材料的物性及确定相变材料应置于的合适位置。
　　然后本文通过求解辐射、导热和相变耦合换热来模拟相变窗户的保温性能。本文选取的相变窗模型为一维三层模型,两侧为普通玻璃,中间层为相变材料。采用有限体积法求解辐射传递方程和能量方程来求解耦合问题,对由于相变产生的折射率变化做一定的简化,达到在不对计算结果产生太大影响的前提下简化计算的目的。分析了在模拟相变窗内的温度场时辐射作用的影响及太阳照射的影响。

目录

扉页

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 引言

1.1.2 相变材料的分类

1.1.3 相变储能建筑材料

1.1.4 相变墙和相变窗的导热特性

1.2 国内外研究现状

1.2.1 相变墙

1.2.2 相变窗

1.2.3 相变材料应用于建筑节能效果的评价

1.3 主要研究内容

第二章导热辐射相变耦合问题

2.1 伴有相变的导热问题

2.1.1 温度补偿法

2.1.2 显热容法

2.2 导热辐射和相变的耦合换热

2.2.1 导热辐射耦合换热

2.2.2 导热辐射和相变的耦合换热

2.3有限体积法求解能量方程

2.3.1 控制方程的离散

2.3.2 边界条件的离散

2.4 有限体积法求解辐射传递方程

2.4.1 辐射传递方程的离散

2.4.2 边界条件

2.5 本章小结

第三章相变墙的传热分析

3.1数学模型的建立及其离散

3.1.1 数学物理模型

3.1.2 控制方程的离散

3.1.3 边界条件的处理

3.1.4 编程计算流程

3.1.5 模型的验证

3.2 分析墙体的保温性能

3.2.1 相变层厚度不同对相变墙保温性能的影响

3.2.2 相变层位置不同对相变墙保温特性的影响

3.2.3 相变潜热不同对相变墙保温特性的影响

3.2.4 相变温度范围不同对相变墙保温特性的影响

3.2.5 相变材料导热系数对相变墙的保温性能的影响

3.3 本章小结

第四章相变窗的传热特性研究

4.1 数学物理模型

4.1.1 辐射传递方程的离散

4.1.2 边界条件的处理

4.1.3 伴随着相变的辐射的处理

4.1.4 辐射和导热耦合的处理

4.1.5 编程计算流程

4.2 模型的验证

4.3 分析相变窗的保温性能

4.3.1 相变窗与普通窗温度场对比

4.3.2 辐射作用对温度场的影响

4.4 本章小结

结论

参考文献

学位期间发表的学术论文

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哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢