太陽能煙囪強化自然通風的數(shù)學模型及數(shù)值模擬.pdf

1、自然通風是一種節(jié)能的通風技術(shù)。然而，由于自然通風的驅(qū)動力，熱壓或風壓通常情況下較弱，自然通風的通風能力與機械通風相比，相對較弱。因此，深入研究自然通風的規(guī)律及其強化方法對該技術(shù)推廣使用具有重要意義。太陽能炯囪是一種利用太陽輻射能來強化自然通風的有效技術(shù)，它利用太陽輻射熱加熱煙囪內(nèi)部的空氣，增大熱壓，從而強化自然通風的效果。對太陽能煙囪強化自然通風性能的研究具有較高的學術(shù)參考價值與工程指導(dǎo)作用。
　　 本文以垂直布置的太陽能煙囪為

2、研究對象，對煙囪通道內(nèi)的傳熱過程進行了模型與模擬研究，討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)以及太陽輻射等條件對煙囪通道內(nèi)空氣的溫度、墻面和玻璃蓋板的溫度以及煙囪的通風最等性能參數(shù)的影響進行了計算和分析。
　　 首先，基于能量守恒定律，在考慮了太陽能煙囪玻璃蓋板和集熱墻內(nèi)部熱阻的前提下，對前人的太陽能炯囪的數(shù)學模型進行了修正，建立了新的穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)學模型，探討了太陽能煙囪的結(jié)構(gòu)參數(shù)對通風性能的影響。研究結(jié)果表明，增加蓋板玻璃和集熱墻的導(dǎo)熱熱阻的數(shù)學模型計

3、算得到的結(jié)果與相關(guān)實驗測試的結(jié)果更加接近。此外，從模型的計算結(jié)果來看，太陽能煙囪的高度、深度、進風口高度的最佳的尺寸比例接近為10:1:1。
　　 其次，在太陽能煙囪的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型的基礎(chǔ)上進一步提出了太陽能煙囪強化自然通風的非穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)學模型，采用Crank-Nicolson差分方法對該模型進行了數(shù)值求解，討論了集熱墻、玻璃蓋板、煙囪內(nèi)部空氣以及空氣流量等參數(shù)對時間的分布特點。模型計算結(jié)果表明，白天工況時，煙囪內(nèi)部空氣溫度，集熱

4、墻溫度以及玻璃蓋板的溫度均隨著太陽輻射強度的增加而增加，使得煙囪誘導(dǎo)的空氣流量增多。夜間工況時，考慮到集熱墻的蓄熱作用及夜間的熱損失，發(fā)現(xiàn)集熱墻與玻璃蓋板的導(dǎo)熱熱阻不容忽略。
　　 最后，采用計算流體力學(CFD)方法對太陽能煙囪內(nèi)的流動與換熱特點進行了數(shù)值模擬。文中采用Realizableκ-ε湍流模型、DO輻射模型以及SIMPLEC算法對流場與溫度場進行計算。探討了太陽能煙囪的結(jié)構(gòu)參數(shù)對煙囪通風能力的影響情況，分析了太陽能煙

5、囪內(nèi)部空氣的流速、溫度、局部對流換熱系數(shù)以及可以表征空氣流動狀態(tài)的格拉曉夫數(shù)的變化情況，得到主要結(jié)論如下：
　　 1)太陽能煙囪高度的增加有助于提高煙囪的通風能力，并且通風量隨著煙囪深度的增加而增加，進風口高度對煙囪通風能力的影響作用弱于其他兩個結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 2)煙囪內(nèi)部的空氣沿著煙囪深度方向，溫度與速度的分布并不是均勻一致的，在集熱墻與玻璃蓋板的近壁而處，邊界層內(nèi)溫度梯度與速度梯度較大
　　 3)高度為2m