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双层幕墙热气流流体动力学热工模拟

来源:中国幕墙网收集整理  作者:毛伙南 戈宏飞 任璆 冯鉴辉 兰发通 刘鹏 陈海 郭金基  日期:2014-1-15
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  摘 要:在强太阳热辐射条件下,双层幕墙强迫送风热气流(简称强化热气流)流量及热功率显著增加。本文建立热气流流动的三维流体动力学模型,采用FLUENT软件对双层幕墙自然热气流及强化热气流进行热工模拟,求得双层幕墙在无遮阳、遮阳百叶全开、遮阳百叶封闭三种工况下的温度及速度分布,并对强化热气流的成因进行了解析。最后,在实验的基础上对本文的热工模拟进行了验证。
  关键词:双层幕墙;强化热气流;温度;速度;热工模拟。

  试验通过观察常见的6种工作状态,测量双层幕墙各个表面所接受的太阳辐射照度量和温度,分析遮阳百叶开启程度和进风口风量(由进风口风机是否开启送风来控制,未开启时称为“自然热气流”或“烟囱效应”;开启后称为“强化热气流”)组合作用对温度场的影响并计算相应的双层玻璃幕墙综合效率。6种工况下双层幕墙的实验数据列于表2。

  表2 六种工况实验数据的对比

  从上述的试验结果,可看出强化热气流比自然热气流(“烟囱效应”)带走的热量多,促进了通道降温的效果。夏季太阳辐射照度强,强化热气流流量增加约2倍,在中午时段热气流带走的热量提升作用较大;冬季太阳总辐射较弱,强化热气流流量只增加约1.5倍,而且中午时段热气流带走的热量的提升作用与其他时段相当,都为约30~40%。在相同条件下打开风机强化热气流后,强化“烟囱效应”能比自然热气流工况下增大热气流流量,增加热气流流动带走的热量(热功率),提升双层玻璃幕墙综合节能性。

  4.结论

  在先前的实验研究中[17],我们通过对利用太阳能发电驱动风机对双层幕墙强迫通风,发现了热通道内的强化烟囱效应。在此基础上,本文建立热气流的三维流体动力学模型,利用FLUENT软件进行热工模拟,同时设计实物模型,分别按无遮阳、遮阳百叶全开及遮阳百叶关闭三种方式进行一系列实验,得到热通道幕墙在六种工况下强化热气流的温度场和速度场,并与自然热气流进行对比,得出结论如下:

  1)强迫送风能在双层幕墙的热通道内产生“强化烟囱效应”,导致强化热气流流量及热功率的显著增加。

  2)利用三维流体动力学热工模拟得到的流场和温度场与实验结果一致,从另外的角度充分验证了强迫送风所产生的“强化烟囱效应”。

  3)流体动力学热工模拟可准确反映热通道内的空气流动规律,为双层幕墙节能技术提供了新的理论研究方向,对双层玻璃幕墙的优化设计具有较大的实用意义。

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