多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪通風(fēng)性能研究

【摘要】：隨著能源消耗和環(huán)境污染問(wèn)題的突出，利用自然通風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能和改善室內(nèi)環(huán)境越來(lái)越受到人們的重視。利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)自然通風(fēng)，不僅可以改善室內(nèi)熱環(huán)境，滿足房間一定的舒適性要求，同時(shí)又可以節(jié)約設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用，滿足建筑節(jié)能的需求。 本文提出了在豎直式太陽(yáng)能煙囪中設(shè)置半圓柱形吸熱墻的多通道太陽(yáng)煙囪結(jié)構(gòu)形式，并通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)其通風(fēng)特性進(jìn)行研究，旨在進(jìn)一步強(qiáng)化太陽(yáng)能煙囪的通風(fēng)性能。本文通過(guò)三維數(shù)值模擬，研究了熱壓作用下和風(fēng)熱壓耦合作用下的多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪優(yōu)化結(jié)構(gòu)在不同的通道寬度W、半圓柱吸熱墻半徑R下的通風(fēng)性能；獲得了多通道太陽(yáng)能煙囪內(nèi)局部速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和通風(fēng)量，并進(jìn)行了詳細(xì)的分析。結(jié)果表明： 當(dāng)只考慮熱壓作用時(shí)，在熱流密度為100W/m2~1000W/m2的范圍內(nèi)，多通道太陽(yáng)能煙囪的通風(fēng)量隨著煙囪寬度的增大而增大，但是風(fēng)量增長(zhǎng)的幅度越來(lái)越??；在一定的太陽(yáng)能煙囪結(jié)構(gòu)尺寸下，煙囪內(nèi)的通風(fēng)量隨著熱流密度的增大而增大。 當(dāng)只有熱壓作用時(shí)，多通道太陽(yáng)能煙囪內(nèi)的通風(fēng)量均高于傳統(tǒng)太陽(yáng)能煙囪內(nèi)的通風(fēng)量，其通風(fēng)量隨著煙囪通道寬度增大的幅度大于傳統(tǒng)太陽(yáng)能煙囪增大的幅度，當(dāng)半徑為150mm時(shí)，自然通風(fēng)量的增長(zhǎng)幅度達(dá)到38.9%，而傳統(tǒng)太陽(yáng)能煙囪內(nèi)通風(fēng)量的增長(zhǎng)幅度最大為25%；當(dāng)寬度一定時(shí)，多通道太陽(yáng)能煙囪內(nèi)的通風(fēng)量比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)的通風(fēng)量增長(zhǎng)的最大幅度約為36.4%；熱流密度一定時(shí)，多通道太陽(yáng)能煙囪內(nèi)的通風(fēng)量高于傳統(tǒng)太陽(yáng)能煙囪內(nèi)的通風(fēng)量。 在熱壓和風(fēng)壓共同作用時(shí)，多通道太陽(yáng)能煙囪的通風(fēng)量隨著熱流密度和室外風(fēng)速的增大而增大，室外風(fēng)場(chǎng)對(duì)太陽(yáng)能煙囪內(nèi)的通風(fēng)量具有誘導(dǎo)作用，促使煙囪內(nèi)的風(fēng)量增大，在本文研究的范圍內(nèi)，風(fēng)壓和熱壓作用相互增益。對(duì)一定的多通道太陽(yáng)能煙囪的結(jié)構(gòu)尺寸，在熱流密度為100W/m2~1000W/m2，室外風(fēng)速為0.5m/s~4.0m/s的范圍內(nèi)，隨著室外風(fēng)速的增大，多通道太陽(yáng)能煙囪內(nèi)通風(fēng)量不斷增大，風(fēng)壓對(duì)多通道太陽(yáng)能煙囪的通風(fēng)性能有強(qiáng)化作用。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能煙囪 半圓柱形吸熱墻 優(yōu)化 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU233;TU834
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 符號(hào)說(shuō)明7-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 課題的研究背景及意義13-14
• 1.2 課題的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 國(guó)際的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 課題的研究?jī)?nèi)容17-19
• 第二章 多通道太陽(yáng)能煙囪的通風(fēng)原理19-31
• 2.1 自然通風(fēng)的影響因素19-26
• 2.1.1 熱壓引起的自然通風(fēng)19-21
• 2.1.1.1 熱壓的計(jì)算19-20
• 2.1.1.2 熱壓作用下通風(fēng)量的計(jì)算20-21
• 2.1.2 風(fēng)壓引起的自然通風(fēng)21-23
• 2.1.2.1 風(fēng)壓的計(jì)算22-23
• 2.1.2.2 風(fēng)壓作用下的通風(fēng)量的計(jì)算23
• 2.1.3 風(fēng)壓和熱壓耦合作用下引起的自然通風(fēng)23-26
• 2.2 多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪墻體內(nèi)自然通風(fēng)的機(jī)理分析26-31
• 2.2.1 多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪墻體內(nèi)通風(fēng)量的方程26-27
• 2.2.2 多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪墻體內(nèi)的能量的方程27-31
• 第三章 多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪數(shù)值模擬的理論分析31-45
• 3.1 自然對(duì)流的理論分析31-33
• 3.1.1 連續(xù)性方程31-32
• 3.1.2 動(dòng)量方程32
• 3.1.3 能量方程32-33
• 3.2 導(dǎo)熱的理論分析33-35
• 3.2.1 導(dǎo)熱的基本定律33-34
• 3.2.2 導(dǎo)熱的微分方程34-35
• 3.3 輻射的理論分析35-37
• 3.3.1 輻射的基本定律36
• 3.3.2 實(shí)際物體的輻射特性36-37
• 3.4 多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪的數(shù)值模擬37-42
• 3.4.1 本文研究的具體問(wèn)題37
• 3.4.2 數(shù)學(xué)模型37-40
• 3.4.2.1 近壁面流動(dòng)的處理39
• 3.4.2.2 壁面函數(shù)法的基本思想39-40
• 3.4.3 收斂判據(jù)的確定40-42
• 3.5 軟件的簡(jiǎn)介42-43
• 3.6 本文所用的模擬方法和收斂判據(jù)43-45
• 3.6.1 本課題的基本研究方法43
• 3.6.2 控制方程的參數(shù)和收斂指標(biāo)43-45
• 第四章 多通道太陽(yáng)能煙囪在熱壓作用下通風(fēng)性能的研究45-69
• 4.1 物理模型45-49
• 4.1.1 物理問(wèn)題45-46
• 4.1.2 網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證46-47
• 4.1.3 網(wǎng)格有效性驗(yàn)證47-48
• 4.1.4 多通道太陽(yáng)能煙囪墻體數(shù)值模擬工況的說(shuō)明48-49
• 4.1.5 邊界條件49
• 4.2 太陽(yáng)能煙囪的寬度對(duì)自然通風(fēng)特性的影響49-56
• 4.2.1 太陽(yáng)能煙囪的寬度對(duì)自然通風(fēng)特性的影響49-50
• 4.2.2 不同寬度下的速度場(chǎng)分布50-53
• 4.2.3 不同寬度下的溫度場(chǎng)分布53-56
• 4.3 半圓形吸熱墻的半徑對(duì)自然通風(fēng)特性的影響56-60
• 4.3.1 半圓柱形吸熱墻的半徑對(duì)自然通風(fēng)特性的影響56-57
• 4.3.2 不同吸熱墻半徑時(shí)的速度場(chǎng)分布57-58
• 4.3.3 不同半徑時(shí)的溫度場(chǎng)分布58-60
• 4.4 壁面熱流密度對(duì)自然通風(fēng)特性的影響60-67
• 4.4.1 壁面熱流密度對(duì)自然通風(fēng)特性的影響60-61
• 4.4.2 不同熱流密度時(shí)的速度場(chǎng)分布61-64
• 4.4.3 不同熱流密度時(shí)的溫度場(chǎng)分布64-67
• 4.5 本章小結(jié)67-69
• 第五章 熱壓和風(fēng)壓耦合作用下多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪通風(fēng)性能研究69-83
• 5.1 多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪在熱壓和風(fēng)壓耦合作用下的模型及結(jié)構(gòu)69-70
• 5.1.1 多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪的物理模型69-70
• 5.1.2 多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪數(shù)值模擬工況的說(shuō)明70
• 5.2 多通道豎直式太陽(yáng)能煙囪的寬度對(duì)自然通風(fēng)特性的影響70-74
• 5.2.1 太陽(yáng)能煙囪的寬度對(duì)自然通風(fēng)特性的影響70-71
• 5.2.2 不同寬度下的速度場(chǎng)分布71-73
• 5.2.3 不同寬度下的溫度場(chǎng)分布73-74
• 5.3 壁面熱流密度對(duì)自然通風(fēng)特性的影響74-78
• 5.3.1 壁面熱流密度對(duì)自然通風(fēng)特性的影響74-75
• 5.3.2 不同熱流密度時(shí)的速度場(chǎng)分布75-76
• 5.3.3 不同熱流密度時(shí)的溫度場(chǎng)分布76-78
• 5.4 室外風(fēng)速對(duì)自然通風(fēng)特性的影響78-81
• 5.4.1 不同速度時(shí)的速度場(chǎng)分布79-80
• 5.4.2 不同速度時(shí)的溫度場(chǎng)分布80-81
• 5.5 本章小結(jié)81-83
• 第六章 本文主要結(jié)論及展望83-85
• 6.1 本文的主要研究工作總結(jié)83-84
• 6.1.1 熱壓作用下煙囪內(nèi)的通風(fēng)性能研究83
• 6.1.2 熱壓和風(fēng)壓耦合作用下煙囪內(nèi)的通風(fēng)性能研究83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 致謝89-91
• 碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果91

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