倾斜式太阳能烟囱强化自然通风的研究

【摘要】：太阳能作为一种无污染、无公害、最清洁的能源,已经得到了广泛的开发和应用,太阳能烟囱就是利用太阳能辐射加强自然通风的一种动力结构。太阳能烟囱大致可分为Trombe墙体式、竖直式及倾斜式三种形式,倾斜式相比其余两种形式,具有更加均匀、流畅的速度场和温度场,通风量相比其余两种也更大,是更加理想的通风结构。本文以倾斜式太阳能烟囱作为研究对象,对烟囱内的传热过程进行了理论分析,推导出倾斜式太阳能烟囱通风量的计算公式,并得到通风量的影响因素。首先理论分析通风量,并与Mathur的实验结果进行对比,理论计算误差在1.6%-10%之间。相同条件下,选取烟囱尺寸H=3m、W=1m、D=0.5m,将竖直式太阳能烟囱通风量与倾斜50°后倾斜式太阳能烟囱对比,发现相同结构尺寸下,通风量最高可增加11.52%。然后,采用Airpak软件对倾斜式太阳能烟囱通风性能的影响因素进行模拟,结果显示,流道内气流的温度、速度都随烟囱长度的增加而增加,烟囱长度的选取应根据房间的大小及建造成本而选取最佳的烟囱长度,取3m为最佳;倾斜式太阳能烟囱内气流流速随深度的增加先增加后减小,当深度增加到0.7m时流速开始降低,烟囱的最佳深度应为0.7m,西安地区倾斜式太阳能烟囱的最佳倾角应为45°。最后,在确定倾斜式太阳能烟囱的最佳尺寸之后,采用Airpak软件模拟倾斜式太阳能烟囱房间的室内热舒适性环境。模拟结果显示,办公室人员活动区域的温度基本维持到26℃左右,风速控制在0.25 m/s-0.3 m/s之间,PMV值基本处于-0.5PMV0.5之间,PPD值在10%以下,符合室内热舒适要求。图71幅,表10个,参考文献55篇。 【关键词】：倾斜式太阳能烟囱 自然通风 影响因素 热舒适
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU834.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 本课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 研究现状10-12
• 1.2.1 实验研究10-11
• 1.2.2 理论研究11-12
• 1.2.3 数值模拟12
• 1.3 倾斜式太阳能烟囱复合系统12-14
• 1.3.1 倾斜式太阳能烟囱复合Trombe墙体式通风系统13
• 1.3.2 倾斜式太阳能烟囱复合蒸发冷却系统13-14
• 1.3.3 倾斜式太阳能烟囱复合地面蒸发冷却降温系统14
• 1.4 本课题的研究简介14-15
• 1.4.1 研究内容14-15
• 1.4.2 拟解决的关键问题15
• 1.5 本章小结15-17
• 2 倾斜式太阳能烟囱强化自然通风的理论分析17-25
• 2.1 倾斜式太阳能烟囱通风原理介绍17-19
• 2.1.1 自然通风原理17
• 2.1.2 倾斜式太阳能烟囱在风压、热压下的自然通风17-18
• 2.1.3 倾斜式太阳能烟囱的通风原理18-19
• 2.2 通风量公式的推导19-22
• 2.2.1 公式计算的假设条件19
• 2.2.2 通风量公式的推导19-22
• 2.3 通风量公式的求解计算22-24
• 2.3.1 利用微积分求解22-23
• 2.3.2 利用程序求解23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 倾斜式太阳能烟囱不同影响因素的分析及与竖直式的对比25-33
• 3.1 计算分析25-30
• 3.1.1 验证计算25-26
• 3.1.2 分析计算26-28
• 3.1.3 倾斜式太阳能烟囱通风量计算结果的分析28-29
• 3.1.4 纬度对通风量的影响29-30
• 3.2 与竖直式太阳能烟囱的对比30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 4 倾斜式太阳能烟囱数值模拟分析33-51
• 4.1 软件简介33-34
• 4.1.1 Airpak软件的模拟流程33
• 4.1.2 软件计算步骤33-34
• 4.2 物理模型的建立34
• 4.3 选择方程模型34
• 4.4 定义边界条件34-35
• 4.5 划分网格35-36
• 4.6 模拟计算36
• 4.7 模拟结果分析36-49
• 4.7.1 长度对烟囱内部空气流动的影响36-42
• 4.7.2 烟囱深度对自然通风效果的影响42-46
• 4.7.3 烟囱倾角对自然通风效果的影响46-49
• 4.8 本章小结49-51
• 5 室内热舒适环境模拟51-67
• 5.1 研究对象概况51-52
• 5.2 室外空气温度52
• 5.3 数值模拟方法52-54
• 5.3.1 方程模型52
• 5.3.2 辐射模型52
• 5.3.3 离散参数52-53
• 5.3.4 网格划分53
• 5.3.5 边界条件设定53-54
• 5.4 模拟结果分析54-65
• 5.4.1 该办公室内不同截面处速度场与温度场的分布图54-59
• 5.4.2 办公室室内热舒适性指标PMV、PPD分布图59-65
• 5.5 本章小结65-67
• 结论及建议67-69
• 参考文献69-74
• 作者攻读学位期间发表论文清单74-75
• 致谢75-76
• 附录76-77

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