本文關(guān)鍵詞：列管式輻射對(duì)流冷熱交換器供熱性能模擬與提升

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【摘要】：列管式輻射對(duì)流冷熱交換器是一種可以同時(shí)滿足夏季供冷和冬季供熱的建筑用空調(diào)末端設(shè)備。該末端設(shè)備與室內(nèi)環(huán)境的主要傳熱方式為輻射與自然對(duì)流。與傳統(tǒng)散熱器相比,輻射供熱方式具有較好的舒適性和節(jié)能性。有研究者對(duì)該末端設(shè)備的供熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,在室內(nèi)環(huán)境溫度為]8℃時(shí),表面溫度為30-45℃范圍內(nèi),列管式輻射對(duì)流冷熱交換器的總供熱量為533.2～862.1W,單位散熱面積供熱量為157.2-254.2W/m2,與傳統(tǒng)散熱器相比,供熱能力仍存在提升空間。本文擬在理論分析的基礎(chǔ)上,運(yùn)用CFD模擬,建立不同工況下列管式輻射對(duì)流冷熱交換器的供熱模型,對(duì)系統(tǒng)換熱性能進(jìn)行了模擬,在此基礎(chǔ)上提出設(shè)備供熱性能提升方案,并研究其提升效果。列管式輻射對(duì)流冷熱交換器的換熱主體為帶縱肋的換熱管,肋片高度為0.3mm,肋片屬于肋高在毫米數(shù)量級(jí)以下的微肋范疇。為研究肋片高度與帶肋管的自然對(duì)流傳熱效果之間的關(guān)系,建立了與該換熱器換熱管的基管管徑和高度相同的,帶縱肋的單管管外自然對(duì)流傳熱的數(shù)值計(jì)算(CFD)模型,并對(duì)光管和肋片高度取0.3-20mm的帶肋管進(jìn)行了管外自然對(duì)流傳熱模擬和分析。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)肋片屬于微肋范疇時(shí),其對(duì)換熱管換熱能力的增強(qiáng)效果并不明顯：當(dāng)肋高為1.2mm時(shí),帶肋管的換熱性能(卵)相比于光管僅增大了1.8%；在肋高達(dá)到5mm時(shí),帶肋管的卵與光管相比提升了16.1%�？梢該�(jù)此特點(diǎn)簡(jiǎn)化列管式輻射對(duì)流冷熱交換器的計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)設(shè)備傳熱特點(diǎn)的分析和空氣流動(dòng)狀態(tài)的計(jì)算,以CFD為工具,基于RNG k-￡湍流模型和DO輻射模型,建立了列管式輻射對(duì)流冷熱交換器在房間內(nèi)供熱工況下傳熱模型。為了對(duì)上述模型進(jìn)行驗(yàn)證,本文搭建了試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了同工況實(shí)測(cè),結(jié)合測(cè)試結(jié)果對(duì)設(shè)備供熱量進(jìn)行了分析。對(duì)比了三種典型供熱工況下的實(shí)測(cè)與模擬計(jì)算結(jié)果,結(jié)果顯示各工況中總換熱量和輻射換熱量的模擬值與實(shí)測(cè)值吻合度較好,最大相對(duì)誤差不超過(guò)10%。為了提高設(shè)備的單位投影面積換熱量,本文提出了兩種增強(qiáng)設(shè)備的供熱性能的改進(jìn)方案：其一為采用單位體積內(nèi)結(jié)構(gòu)更加緊湊的雙排管形式,其二為在設(shè)備表面增加氣流擾動(dòng),進(jìn)而增強(qiáng)對(duì)流傳熱�；谏鲜霾呗�,在原設(shè)備相應(yīng)數(shù)值傳熱模型的基礎(chǔ)上,分別建立了雙排管結(jié)構(gòu)換熱器和增設(shè)風(fēng)管后的設(shè)備的數(shù)值模型,并對(duì)設(shè)備改進(jìn)后的換熱性能進(jìn)行了模擬。方案一相應(yīng)模擬結(jié)果顯示,雙排管結(jié)構(gòu)相對(duì)于現(xiàn)有單排管結(jié)構(gòu)換熱器的總換熱量和單位投影面積換熱量都有明顯增加,相對(duì)增長(zhǎng)率分別為53.5%和33.8%。本文在方案二中研究了設(shè)備表面擾動(dòng)氣流的流速大小和方向?qū)υO(shè)備換熱增強(qiáng)效果的影響,得到了在風(fēng)速滿足室內(nèi)舒適性要求的前提下,合適的擾流風(fēng)速。針對(duì)單側(cè)氣流擾動(dòng)方式,風(fēng)口風(fēng)速取0.8～8/s時(shí),換熱器換熱量增加率為2.2-53.9%。若綜合考慮擾流風(fēng)速的衰減和保證距設(shè)備0.5m以外室內(nèi)人員舒適性兩因素,風(fēng)口風(fēng)速宜控制在2m/s。。
【關(guān)鍵詞】：空調(diào)設(shè)備 輻射換熱 自然對(duì)流 供熱工況 CFD 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU83
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-17
• 1.2.1 輻射供暖12-14
• 1.2.2 輻射供冷14-15
• 1.2.3 微肋管15-17
• 1.2.4 存在問(wèn)題17
• 1.3 列管式輻射對(duì)流冷熱交換器17-18
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 2 帶豎肋換熱管的自然對(duì)流換熱數(shù)值模擬19-36
• 2.1 研究對(duì)象19-23
• 2.1.1 物理模型19-21
• 2.1.2 流態(tài)確定21-23
• 2.2 數(shù)學(xué)模型的選擇23-27
• 2.3 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證27-29
• 2.4 模擬結(jié)果分析29-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 3 列管式輻射對(duì)流冷熱交換器供熱實(shí)驗(yàn)研究36-48
• 3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹36-40
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)和實(shí)驗(yàn)原理36-38
• 3.1.2 測(cè)點(diǎn)布置、測(cè)試儀器和測(cè)試工況38-40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理40-43
• 3.2.1 對(duì)流換熱量計(jì)算40
• 3.2.2 輻射換熱量計(jì)算40-43
• 3.3 計(jì)算結(jié)果分析43-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 4 列管式輻射對(duì)流冷熱交換器的供熱數(shù)值模型與驗(yàn)證48-62
• 4.1 研究問(wèn)題描述48-50
• 4.1.1 研究對(duì)象幾何模型48-49
• 4.1.2 傳熱熱平衡分析49
• 4.1.3 求解熱邊界條件49-50
• 4.2 數(shù)值模型和參數(shù)設(shè)置50-54
• 4.2.1 研究問(wèn)題的假設(shè)條件50
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分50-52
• 4.2.3 求解模型選取和參數(shù)設(shè)置52-54
• 4.3 數(shù)值模型驗(yàn)證54-56
• 4.4 模擬結(jié)果分析56-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 5 基于數(shù)值模型的設(shè)備供熱性能提升研究62-76
• 5.1 設(shè)備供熱性能提升研究方法62-63
• 5.2 雙排換熱管供熱性能研究63-67
• 5.3 設(shè)備表面增加氣流擾動(dòng)的供熱性能研究67-75
• 5.3.1 單向氣流擾動(dòng)67-73
• 5.3.2 雙向氣流擾動(dòng)73-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論與展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 附錄A 輻射角系數(shù)計(jì)算82-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況85-86
• 致謝86-87

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本文編號(hào)：698729