碳纤维电热地暖板热工性能研究

论文摘要

近年来,随着科学技术的迅速发展,一种应用现代宇航技术开发生产的高效电热转换材料—碳纤维发热材料,开始应用于供暖系统,但目前还处于起步阶段,对其供暖的热工性能、舒适性、经济性都没有具体的研究。本论文采用实验和模拟相结合的手段,实验研究碳纤维电热板供暖系统热工参数的动态特性,模拟计算研究该供暖系统形成的室内温度场和速度场分布情况。首先,研究单块碳纤维电热板的发热机理,测试其电阻特性、热导率、伏—安特性、功率—表面温度的特性、碳纤维电热板表面温度的稳定性等。在研究单块电热板的基础上,研究碳纤维电热板应用于低温地板辐射供暖系统时的热工性能。实验测试碳纤维电热地暖系统的室内温度、地板表面平均温度、表面发热量、耗电功率、耗能等。然后按照设计规范,计算热负荷,选择碳纤维电热板的规格,计算所需碳纤维电热板的数量。模拟分析不同电热功率铺设条件下,室内的温度场和速度场分布情况。最后,本课题针对哈尔滨市的气象条件,应用技术经济学理论,从初投资、运行费用、年计算费用和投资回收期等方面来分析各种电采暖系统的经济性,指出碳纤维电热板在电采暖中的优势。本文研究得出,碳纤维电热板采暖系统是一种良好的电采暖形式,有很广阔的应用前景。文章得出的结果对此系统的工程设计提供一定的理论依据,具有指导意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 国内外的研究现状分析
• 1.2.1 我国电采暖的前景及电采暖的形式
• 1.2.2 国内关于电采暖的研究现状
• 1.2.3 碳纤维导电发热材料国内外的研究现状
• 1.3 碳纤维复合导电材料
• 1.3.1 碳纤维复合材料导电性能
• 1.3.2 面状发热碳纤维在采暖系统的应用前景
• 1.3.3 面状发热板用碳纤维纸
• 1.4 本课题的研究内容
• 第2章 碳纤维电热板电热性能测试
• 2.1 碳纤维电热板的结构
• 2.1.1 碳纤维纸
• 2.1.2 溴化环氧树脂玻璃布绝缘材料
• 2.1.3 铜电极材料
• 2.2 碳纤维电热板的制备
• 2.3 碳纤维电热板的发热机理
• 2.4 碳纤维电热板热电性能测试
• 2.4.1 测试条件
• 2.4.2 测试仪表简介
• 2.4.3 电阻测试
• 2.4.4 热导率
• 2.4.5 碳纤维电热板的伏-安特性
• 2.4.6 碳纤维电热板的功率-表面温度关系曲线
• 2.4.7 碳纤维电热板表面温度稳定性研究
• 2.5 本章小结
• 第3章 碳纤维电热地暖系统热工测试
• 3.1 实验台及其测试仪表介绍
• 3.1.1 实验台简介
• 3.1.2 测试仪表
• 3.2 实验原理
• 3.3 测试方案
• 3.3.1 测试条件
• 3.3.2 碳纤维电热板的布置
• 3.3.3 测试仪表布置
• 3.3.4 测试方案
• 3.3.5 测试步骤
• 3.4 数据处理及分析
• 3.4.1 升温过程测试
• 3.4.2 标准状况测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 碳纤维电热地暖系统的数值计算
• 4.1 碳纤维电热地板表面发热量
• 4.1.1 对流换热
• 4.1.2 辐射换热
• 4.2 传热模型的建立
• 4.2.1 物理模型
• 4.2.2 边界条件
• 4.2.3 数学模型
• 4.3 网格划分
• 4.4 控制方程常用的离散方法及离散格式
• 4.5 判断解的收敛性条件
• 4.6 Airpark 软件介绍
• 4.7 模拟计算结果及其分析
• 4.7.1 碳纤维电热板的布置
• 2碳纤维电热板铺设模拟结果及分析'>4.7.2 60W/m²碳纤维电热板铺设模拟结果及分析
• 2碳纤维电热板铺设模拟结果及分析'>4.7.3 30W/m²碳纤维电热板铺设模拟结果及分析
• 2碳纤维电热板铺设模拟结果及分析'>4.7.4 100W/m²碳纤维电热板铺设模拟结果及分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 碳纤维电热地暖系统经济性分析
• 5.1 碳纤维电热地暖系统的经济评价
• 5.1.1 基础数据
• 5.1.2 各种形式电采暖的费用计算
• 5.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢