内嵌管式围护结构冷辐射表面对流换热系数研究

摘要

近年来，辐射供冷系统作为一种新型空调制冷技术，由于其健康节能舒适的优点备受业界的广泛关注。其中，辐射板的换热系数是研究辐射板热工性能、动态热过程以及数学建模中非常重要的参数，是工程设计人员以及学术研究者密切关注的问题之一。但就目前的研究状况来看，关于辐射板的换热系数，其中辐射换热系数的研究已取得了一定的进展，但对流换热系数至今仍缺乏系统的研究，经验值的采用给辐射板热工计算和系统能耗分析带来很大误差。本文就内嵌管式围护结构冷辐射表面对流换热系数的问题，围绕内嵌管式辐射系统供冷量、冷辐射表面对流换热系数经验关联式及冷辐射表面对流换热系数影响因素等方面开展了以下研究工作：
　　首先，根据埋管位置、埋管形式的特点，介绍了嵌入式辐射供冷系统的分类、工作原理与优势及热舒适性评价标准，为后续研究工作的开展提供理论基础。
　　其次，介绍了不同类型内嵌管式辐射供冷系统供冷能力的确定方法，计算了水泥、石材或陶瓷面层时不同类型系统的供冷量；当冷表面对流换热系数取不同值时，计算了相应的供冷量并分析了其对不同类型内嵌管式辐射供冷系统供冷量的影响，结果表明，当对流换热系数值增大时，辐射板的供冷量也随之增大。尤其是当供冷管直径较小时，管间距越小，对流换热系数的影响也会越大。当供冷管公称外径为10mm，管间距为50mm时，对流换热系数值从0.1W/m2?K增加至5.5W/m2?K时，供冷量可以提高56.7％左右。
　　再次，建立辐射供冷系统与送风系统相结合的数值模型，将辐射末端分别设置在顶棚、地板、侧墙，将送风末端分别设置在内墙顶部、中部、下部、地板，组成十种组合系统，采用 CFD软件对每个系统房间的热环境气流组织进行模拟，研究了辐射板与距离其不同位置处的室内空气层的对流换热特性，拟合出不同工况下的对流换热系数与风速间的经验关联式。研究表明，辐射冷表面与空气间的对流换热效果会随距离增大而衰减，顶板供冷时的对流换热效果最好，地板供冷相比较差。在0.2~2.0m/s的风速范围内，辐射冷表面与距离其0.1m、0.6m、1.1m处的室内空气间的对流换热系数，当采用顶板供冷时，其冷板的对流换热系数约在1.21~4.47W/m2K左右；当采用地板供冷时，其冷板的对流换热系数约为0.25~1.25W/m2?K左右；当采用侧墙供冷时，其冷板的对流换热系数约为0.47~2.59W/m2?K左右。
　　最后，对不同辐射末端位置、不同送风末端位置的辐射冷表面对流换热系数做了比较，并分析了送风速度、辐射板与室内空气温差等因素对其的影响。分析了辐射末端位置、送风末端位置及送风速度对室内热环境的影响。结果表明，辐射冷表面对流换热系数与风速大小成正比，顶板供冷与地板供冷间对流换热系数值平均可以相差约70%，较于侧墙供冷的对流换热系数值可高出约45%左右。温差对顶板供冷与侧墙供冷的影响较大，地板供冷较小。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容及技术路线

1.4本章小结

第二章 复合式辐射空调系统简介

2.1复合式空调系统简介

2.2辐射末端形式简介

2.3送风末端形式简介

2.4本章小结

第三章 冷表面对流换热系数对内嵌管式辐射板供冷能力的影响

3.1辐射供冷系统的供冷能力

3.2内嵌管式辐射供冷系统供冷量的计算

3.3冷表面对流换热系数对内嵌管式辐射供冷系统供冷量的影响

3.4 本章小结

第四章 内嵌管式围护结构辐射冷表面对流换热系数研究

4.1对流换热系数的理论计算

4.2物理模型的建立

4.3网格的划分

4.4模型的选取及边界条件的设置

4.5地板供冷系统冷辐射表面对流换热系数的计算

4.6顶板供冷系统冷辐射表面对流换热系数的计算

4.7侧墙供冷系统冷辐射表面对流换热系数的计算

4.8本章小结

第五章 对流换热系数及室内热环境影响因素分析

5.1内嵌管式辐射板对流换热系数影响因素分析

5.2室内温度场影响因素分析

5.3房间竖直温度场速度场影响因素分析

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢