列车客车用低温电地板辐射采暖系统的数值模拟与实验研究

摘要

文章以传热学理论为基础,应用傅立叶定律和导热基本方程,建立了低温电地板辐射采暖非稳态过程的二维数学模型,并确定出该过程的初始条件及边界条件,从而得到该过程完整的数学描述和控制方程.采用有限单元法,将该数学模型进行离散.以有限元分析软件ANSYS作为数值模拟平台,计算得出该系统采暖过程温度场的数值解.与青岛四方机车车辆厂合作实测该系统温度场的分布.实验是在三种不同地板结构及相应八种不同导线间距的条件下进行的.在对现场测试数据进行分析的基础上,考察了低温电地板辐射采暖系统的稳定性和可靠性,得出电地板辐射采暖系统某些特点和规律性,找出影响电地板辐射采暖系统供暖效果的主要因素,并进一步分析这些因素是如何对电地板辐射采暖系统供暖产生影响的.通过同该系统数值解的对比,验证了数学模型和数值解的正确性.在对该系统基本规律分析的基础上,提出了一种供设计施工使用的新计算步骤.以上结果对该类型系统的设计、施工及运行具有重要指导意义,并为今后的理论研究奠定了基础.

目录

文摘

英文文摘

第1章文献综述

1.1课题的意义

1.1.1建筑节能与低温电地板辐射采暖

1.1.2低温电地板辐射采暖系统的特点

1.2低温地板辐射采暖技术在国内外的发展及现状

1.2.1地板采暖发展简史

1.2.2国内外研究方法及手段

1.3作者的主要研究工作

第2章低温电地板辐射采暖系统数学模型的建立

2.1采暖系统的传热分析

2.2地板层温度场数学模型的建立

2.2.1几点假设

2.2.2低温电地板辐射采暖系统物理模型及导线布置

2.2.3数学模型导热微分方程

2.3导热过程的定解条件

2.3.1第二类边界条件的确定

2.3.2第三类边界条件的确定

2.3.3初始条件的确定

2.3.4数学模型的确定

2.4数学模型的离散

2.4.1离散方法的讨论

2.4.2温度场问题的基本方程

2.4.3瞬态温度场的有限单元法

2.5数值解的求解

2.5.1有限元分析软件ANSYS概况

2.5.2 ANSYS典型分析过程

2.5.3 ANSYS热分析

2.5.4 ANSYS模拟结果

第3章低温电地板辐射采暖系统测试与研究

3.1实验简介

3.1.1实验小室

3.1.2实验地板及导线

3.2实验设计及步骤

3.2.1实验设计

3.2.2实验步骤

3.3系统参数的测量

3.3.1系统测量参数及测点布置

3.3.2实验仪器简介

3.4实验结果与分析

3.4.1导线表面平均温度与最高温度

3.4.2木地板上下表面平均温度与最高温度

3.4.3地板布及地毯上表面平均温度与最高温度

3.4.4地板内测点温度随时间、导线间距和地板结构变化

3.4.5热流密度

3.4.6对流换热与辐射换热

3.4.7通断时间比

3.4.8传热系数

3.4.9关于温控器感温探头

3.4.10导线装机功率与时间加权平均导线功率

3.4.11地板各层导热系数与保温层当量传热系数

3.5数值解的实验验证

第4章低温电地板辐射采暖工程设计范例

4.1地板辐射采暖工程设计概述

4.2低温电地板辐射采暖工程设计计算步骤

4.2.1低温地板辐射采暖工程通用设计计算步骤

4.2.2低温电地板辐射采暖工程通用设计计算步骤

4.3低温电地板辐射采暖工程设计实例

4.3.1工程设计参考数据表格

4.3.2工程设计实例

结论

参考文献

硕士期间已发表论文目录

致谢