碳晶电热板用于室内局部辐射采暖的研究

论文摘要

近年来,电采暖以其使用方便、调节灵活等特点得到越来越多的应用。在夏热冬冷地区,由于具有采暖季短、建筑热负荷较小、早晚室内外温差波动较大的采暖特点,电采暖的优势表现的更加明显。针对夏热冬冷地区的气候特点和采暖形式,本文提出在这一地区使用碳晶电热板局部辐射电采暖方式进行采暖,并且通过对局部电采暖系统的发热原理、形式、特点以及其采暖经济性与环保性的分析,得出这种采暖方式在夏热冬冷地区应用和推广的可行性。本文采用实验和模拟相结合的研究方法对碳晶电热板局部辐射采暖进行研究。在实验室内,通过对碳晶电热板地面铺设和墙裙铺设采暖方式进行的实验测试,得出了其达到稳定状态所需时间和稳定状态时的温度场。用同样的方法对电暖气靠墙放置采暖方式进行了实验测试。通过比较电暖气与碳晶电热板局部辐射采暖的实验数据,得出碳晶电热板局部辐射采暖方式升温速度快、局部采暖区域温度梯度小、需要设备功率低、维护结构内表面温度高的特点。此外,通过对碳晶电热板局部辐射采暖方式辐射换热量与对流换热量的计算,得出在本课题中碳晶电热板辐射换热量占总换热量50.59%的结论。基于计算流体力学理论与实验测试基础,建立了碳晶电热板局部辐射采暖的物理模型与数学模型,并用FLUENT软件模拟了碳晶电热板地面铺设和靠墙群铺设两种采暖方式室内温度场与速度场。通过模拟计算,得到了两种不同局部辐射采暖方式室内温度分布和空气流动的特点。同时,基于对实验数据与模拟结果的比较,得出两种局部采暖方式实验数据与模拟数据非常吻合,证明了本课题所建立的碳晶电热板局部辐射采暖模型是正确的。此模型可以作为以后其它局部辐射采暖模拟研究的依据。最后,在前面实验与模拟的基础上,计算上海地区单体建筑使用碳晶电热板局部辐射采暖方式、空调采暖方式和电暖气采暖方式时的采暖耗电量。本文对于碳晶电热板局部辐射采暖系统在民用采暖及工程应用领域的工程设计提供了技术支撑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 国内外电采暖研究与应用现状
• 1.2.1 国内外电采暖研究现状
• 1.2.2 国内外电采暖应用现状
• 1.3 课题研究的内容及方法
• 第2章 碳晶电热板局部辐射采暖应用的可行性分析
• 2.1 碳晶电热板局部辐射采暖方式提出的背景
• 2.2 碳晶电热板发热原理
• 2.3 碳晶电热板局部辐射采暖系统的形式及特点
• 2.4 碳晶电热板局部辐射采暖的经济性
• 2.5 碳晶电热板局部辐射采暖的环保性
• 2.6 本章小结
• 第3章 碳晶电热板局部辐射采暖的实验测试及分析
• 3.1 实验测试方案
• 3.2 实验测试系统
• 3.3 实验测试步骤
• 3.4 实验结果分析
• 3.4.1 温升阶段室内温度场分析
• 3.4.2 稳定阶段室内温度场分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 碳晶电热板局部辐射采暖温度场模拟
• 4.1 计算流体力学求解过程
• 4.2 物理模型的建立
• 4.3 数学模型的建立
• 4.3.1 基本控制方程
• 4.3.2 湍流模型的选择
• 4.3.3 辐射模型的选择
• 4.4 边界条件和初始条件的确定
• 4.5 网格的划分
• 4.6 模型的数值离散
• 4.7 碳晶电热板局部辐射采暖模拟计算
• 4.7.1 FLUENT 软件介绍
• 4.7.2 迭代处理
• 4.7.3 碳晶电热板地面铺设方式模拟计算结果分析
• 4.7.4 碳晶电热板墙裙铺设方式模拟计算结果分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 局部辐射采暖实验与模拟的数据对比分析
• 5.1 温度场的数据对比分析
• 5.1.1 地面铺设方式温度场的对比分析
• 5.1.2 墙裙铺设方式温度场的对比分析
• 5.2 辐射换热量的数据对比分析
• 5.2.1 辐射换热计算方法简化
• 5.2.2 辐射换热量的对比分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 碳晶电热板局部辐射采暖方式能耗分析
• 6.1 碳晶电热板局部辐射采暖方式能耗计算
• 6.2 空调采暖方式能耗计算
• 6.3 电暖气采暖方式能耗计算
• 6.4 三种电采暖方式采暖能耗量比较
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢