毛细管平面空调系统的热工特性及水力计算方法的研究

论文摘要

建筑节能是缓解我国能源紧缺,促进经济持续发展的有效措施。毛细管平面空调系统作为一种舒适、节能的空调系统在实际中得到了广泛关注,其应用前景广阔。本文首先分析了毛细管平面空调系统在夏季供冷时的传热过程,在对传热过程做出合理假设和简化的条件下,建立了二维稳态传热数学模型。研究表明,顶板表面平均温度和单位面积传热量是毛细管平面空调系统供冷的重要参数,作者采用微元体热平衡法编制了MATLAB程序,着重研究了系统热工参数中的供回水均温、管间距、流量等因素对毛细管顶板温度场和系统供冷性能的影响程度,并做出了毛细管平面空调系统用于夏季供冷和冬季供暖时的单位面积传热量的查取表,为毛细管平面空调系统的设计提供了计算依据。利用毛细管平面空调系统供冷(暖)时,已知毛细管供回水干管的水流量或冷(热)负荷,确定系统各管段的管径和压力损失,是毛细管平面空调系统进行水力计算的诸多任务中最基本、也是最重要的一步。本文采用遗传算法求解多目标优化问题的Pareto最优解,确定了毛细管系统供回水干管最优比摩阻、最优管径及最优流速,使得系统在流量一定的情况下,既能降低管内单位长度的压损,降低输送系统的能耗,又能够减少初投资,节约运行费用,这为毛细管平面空调系统的设计与应用提供了可靠的理论依据。进而,分析了毛细管平面空调系统末端装置(毛细管网席)的水流特性,重点探讨了水力计算方法。末端装置的水力计算同样包括沿程阻力损失的计算和局部阻力损失的计算。其中,沿程阻力损失根据网席中水流状态选择合适的压损公式进行计算,网席的局部阻力损失在计算中较为重要。管席样式的差别对局部阻力占沿程阻力的百分比有很大影响,对不同网席在不同流量下的局部阻力占沿程阻力的百分比分别做出了研究。最后根据理论分析,编制了计算程序,列出了快捷的网席压损速查表,这为毛细管平面空调系统的末端装置的设计提供了使用的方法和计算数据。最后,在理论研究的基础上,对实际工程进行了测试。利用毛细管平面空调系统实验室,在系统用于冬季采暖时的不同工况下,分别进行了水温调节阶段和流量调节试验阶段的实验。通过定流量变水温调节,得出了顶板表面平均温度和单位面积传热量随着不同供回水平均温度时的变化曲线,并确定了单位面积毛细管网席传热量的修正系数；变流量调节阶段中,对稳态传热过程中的顶板表面平均温度、单位面积换热量、室内空气温度和毛细管网席的压损进行了测试。将得出的实验结果与理论计算值进行了分析比较,从而验证了传热模型的正确性与水力计算方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 毛细管平面空调系统热工特性研究
• 2.1 低温顶板辐射供冷（热）的传热特点
• 2.1.1 毛细管辐射顶板的介绍
• 2.1.2 几种毛细管网的形式介绍
• 2.2 毛细管平面空调系统供冷过程分析
• 2.2.1 毛细管平面空调系统顶板供冷的物理模型
• 2.2.2 模型的合理假设
• 2.2.3 管内冷水与管壁之间的换热
• 2.2.4 管外壁与顶板表面材料之间的换热
• 2.2.5 顶板表面的传热过程
• 2.3 数学模型的建立
• 2.4 数学模型的求解
• 2.4.1 数值方法的介绍
• 2.4.2 求解过程
• 2.5 本章小结
• 第3章 毛细管平面空调系统热工特性的数值分析
• 3.1 顶板温度场的模拟情况分析
• 3.1.1 毛细管网的供回水温度对顶板温度场的影响
• 3.1.2 毛细管管间距对顶板温度场的影响
• 3.2 顶板单位面积换热量的分析
• 3.2.1 毛细管网的供回水温度对单位面积换热量的影响
• 3.2.2 毛细管管间距对单位面积换热量的影响
• 3.3 考虑毛细管网向上传热的修正
• 3.4 本章小结
• 第4章 毛细管平面空调系统水力计算方法的研究
• 4.1 毛细管平面空调系统的水力计算介绍
• 4.2 基于遗传算法的供回水管路水力计算的研究
• 4.2.1 利用遗传算法求解多目标优化问题的介绍
• 4.2.2 数学模型的建立
• 4.2.3 遗传算法求解过程
• 4.3 毛细管平面空调系统末端装置的水力计算
• 4.3.1 沿程阻力损失的计算
• 4.3.2 局部阻力损失的计算
• 4.3.3 毛细管网席压损速查表的制定
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验研究与数据分析
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验场所的选定
• 5.3 定流量变水温调节阶段
• 5.4 流量调节阶段的测试
• 5.4.1 流量对传热性能的影响
• 5.4.2 流量对毛细管网席压损的影响
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 需进一步的研究内容
• 参考文献
• 后记
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
• 附表