内置分离式热管墙体的传热特性研究

摘要

将热管运用于建筑供暖的研究目前相对较少，还处于初级阶段。在充分利用可再生能源（太阳能）的前提下，以热管技术为基础，运用“被动式”设计理念，结合太阳能热水器，提出了一种太阳能—内置分离式热管墙体供暖系统。目前，墙体内安装热管的传热特性的研究并不多，较多的研究还是针对热管自身的传热特性。本文的主要工作为了确定热管供暖墙体的结构形式，分析墙体结构以及安装的结构形式对热管传热特性的影响，提出增强热管与墙体传热的技术措施。
　　以地板辐射传热的研究作为本课题研究的基础，建立墙体供暖系统的数学模型。针对本课题的研究目的，对墙体采暖系统的传热过程作适当假设，建立墙体采暖系统的二维传热模型，假设系统处于连续运行工况，不考虑热源的间歇性（太阳能资源的不连续性），整个传热过程视为稳态过程。运用数值模拟软件计算内置分离式热管墙体的传热过程，针对热管数量、安装翅片长度、翅片厚度、结构层材料这四个因素对热管传热功率的影响，同时分析墙体整体以及表面的温度分布。
　　本课题提出的太阳能——内置分离式墙体供暖系统具有可无动力工作的特性，实现供暖过程的“零能耗”。热管的数量对热管自身的热流密度影响较小。在填充及抹平层材料为水泥砂浆、无翅片的条件下，安装在墙体内的热管数量为4根时的热管表面热流密度为432.3W/m2;增加到12根时。热流密度为398.8W/m2，只降低了7.7％。安装翅片可以显著提升热管的传热效率。在填充及抹平层材料为水泥砂浆、热管数量为8根的条件下，安装翅片的长度分别为0L、1/4L、1/2L、3/4L、1L时，最大提升幅度可达211.4％。同时，结构层材料的选择对热管传热效率的影响很大。结构层分别使用灰砂砖、加气混凝土砌块时，墙体表面热流密度分别为615.3 W/m2、276.3W/m2。使用灰砂砖的热管表面热流密度相比于使用混凝土砌块的提高了122.7％。使用加气混凝土砌块和灰砂砖，两者热管传热效率相差了一倍之多。在选择结构层材料时，应综合考虑各方面因素，选出适宜的材料。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．1．1 室内热环境现状

1．1．2 我国供暖能耗现状

1．1．3 太阳能供暖

1．1．4 供暖方式现状

1．1．5 目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 热管用于建筑采暖的研究现状

1．2．2 分离式热管的研究

1．3 研究内容

1．3．1 拟采取的研究方法、技术路线

1．3．2 预期目标

1．4 本章小结

第2章 太阳能——内置分离式热管墙体供暖系统

2．1 热管简介

2．1．1 热管的工作原理

2．1．2 热管工作的基本特性

2．1．3 热管的分类

2．1．4 热管的传热极限

2．2 内置分离式热管墙体供暖系统的提出

2．2．1 分离式热管的运行特点

2．2．2 分离式热管重要特点

2．2．3 热管墙体供暖系统的末端装置结构形式

2．2．4 热管墙体供暖系统的优缺点

2．3 分离式热管的初步设计

2．3．1 热管工作温度的确定

2．3．2 热管工质与壳体材料的选择

2．3．3 热管的设计计算

2．3．4 分离式热管的热流极限

2．4 传热强化措施

2．4．1 强化传热的目的

2．4．2 强化传热技术的分类

2．4．3 分离式热管冷凝段管外传热增强的措施

2．5 本章小结

第3章 内置分离式热管采暖墙体的传热模型

3．1 物理模型

3．2 数学模型

3，2．1 假设条件

3．2．2 控制方程

3．2．3 边界条件

3．3 本章小结

第4章 墙体内安装热管的传热特性数值模拟研究

4．1 模拟参数的确定与选择

4．1．1 结构层

4．1．2 翅片

4．1．3 模拟参数选取

4．2 热管数量

4．2．1 热管数量对墙体温度分布的影响

4．2．2 热管数量对热管传热的影响

4．3 翅片长度

4．3．1 翅片长度对墙体温度分布的影响

4．3．2 翅片长度对热管传热的影响

4．4 翅片厚度

4．4．1 翅片厚底对墙体温度分布的影响

4．4．2 翅片厚底对热管传热的影响

4．5 结构层材料

4．5．1 结构层材料对墙体温度分布的影响

4．5．2 结构层材料对热管传热的影响

4．6 本章小结

第5章 多因素组合对热管及墙体传热的影响研究

5．1 热管数量、翅片长度因素组合

5．1．1 热管数量、翅片长度对墙体温度分布的影响

5．1．2 热管数量、翅片长度对热管传热功率的影响

5．2 翅片长度、翅片厚度因素组合

5．2．1 翅片长度、翅片厚度对墙体温度分布的影响

5．2．2 翅片长度、翅片厚度对热管传热功率的影响

5．3 本章小结

第6章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间成果

致谢