窗帘夹层气流研究.doc

关于窗帘夹层的气流流动研究 田新朝 高恬云 许悦 摘 要 目前遮阳的手段大致可分为内遮阳、外遮阳以及内置百页遮阳，其中以内遮阳应用最为广泛。内遮阳具有使用方便，经济耐用等优点，但同时由于内遮阳的遮阳设施吸收和透过部分全部为得热并传到室内，所以其隔热性能要比外遮阳差。 内遮阳对室内温度的影响主要通过以下三个方面，第一是太阳辐射直接透过窗帘照射到室内，使室内温度升高；第二是由于窗帘表面温度升高，向室内的传热；第三是窗户和窗帘间夹层（下文简称夹层）中气体由于受热而与室内产生热压差，从而产生自然对流，将热量通过传质换热带到室内。这三方面中，前两方面都可以通过数值计算得出，而第三方面中夹层中气体与室内气体的交换量却没有太多的文献可以参考。本小组的研究主要放在夹层气体的运动上，目的是要通过实验得出其换气量的计算方法。 利用模型实验，可测出夹层内的温度分布以及夹层气体的流量，其值误差不会太大，而窗帘和窗户的阻力则由手册查得，所以数值并不准确，这是理论计算中遇到的一个难题。只要能准确得到窗帘的阻力系数，用理论计算可以得到比较准确的结果。 关键词：窗帘，自然对流 一． 实验目的 通过实验，得到影响夹层换气量的因素及其影响程度，如能得到其计算式，可为今后此类问题的研究做一定的参考。同时这是我们接触专业后第一次由自己设计并完成的实验，可以增加我们对专业的了解，锻炼我们的动手能力和独立完成问题的能力。 实验的主要工作是测定窗帘的不同挂法（主要通过改变窗帘与窗户的距离实现）以及不同辐射强度对夹层换气量的影响。 实验设想及准备 实验设想 1）定性观察 由于对夹层气体的运动状态并不十分了解，所以在定量测量之前要对其运动方式有一个大体的了解，然后根据定性观察的结果改进或重新设计定量测量的方法和步骤。 试验的主要手段是通过释放烟雾，通过观察烟雾的运动来确定气体的流动方式。 2）定量测量 定量测量主要需要测量的两个数据为窗帘附近的温度场分布以及夹层空气的流量。 其中温度场分布可直接测得，而空气流量直接测量并不容易，因此采用间接法测量，比如可从进气处定量释放失踪气体并在出口处测量其浓度的方法，还可以通过测量出口风速的方法。 3）注意事项 由于要比较窗帘不同挂法对夹层换气量的影响，所以要保持室外辐射量不变。 为准确测得换气量，应尽量保持室内温度不变和室内空气尽量不流动。 2.2 实验准备 在实际情况中，要想利用真实的窗户来进行实验存在以下几个主要问题，第一，由于实验时间为春天，所以太阳辐射并不是很强，并且很难保持辐射量均匀；第二，真实窗户的尺寸一般都比较大，并且高度很大，会给测量带来不便；第三，由于窗户边上的墙是不透明的，为定性分析时观察和拍摄烟雾运动造成不便。 综上，实验利用模型来进行，下面对模型简单介绍一下。其外形接近一个一端开口的正方体，材料为大型板，在开口面的对面上安装了9个100W的白炙灯泡（如图1B），在距开口段一定距离处放置一块普通玻璃，这块玻璃起到了窗户的作用。其具体形状和尺寸请参考图1。 A为侧面图 B为正面图 C为实际拍摄图 实验所选窗帘为一块黑绒布，其距玻璃距离可以调节。灯泡所处封闭空间的四周皆贴上铝箔之，以加强射向玻璃的辐射并降低灯箱内的温度。 做实验所选用的房间为清华大学建筑技术科学系系馆一层的一个房间，此房间室温较稳定，关闭门窗后空气流动很小，并且在做实验验期间无人打扰，符合实验的要求。 2.3 实验仪器 Datelog_10RCX 编号：15436，15440 光声多种气体检测仪 INNOVA 1312 1303 清华同方控制工程公司 风速/温度表 精度0.01m/s 四氯化钛 一瓶 数码摄像机 笔记本电脑 各一台 2.4 可行性分析 利用白炙灯代替太阳作光源，由于白炙灯发光原理和太阳相似，所以可代替太阳做光源，但因为白炙灯的发光效率很低，大部分能量都以热量的形式散发到灯箱中，所以应注意灯箱内的散热。其辐射量从主观感受来看，大约和北京夏天时辐射很强的时候相当，因此以其作为稳定光源是可行的。 对于模型的尺寸，其大小同普通家庭中的小型窗户相当，因此也是可行的。 实验中选用较厚的黑绒布做窗帘主要是为了减小辐射的透过率，使要研究的现象更加明显。 由于真实情况下，夹层气体从夹层中离开后一般都会受到房顶或窗帘盒的阻力，所以实验中定量测量时在夹层出口处使用一渐缩口集气罩，一来可以模拟房顶的阻力，而来可以加大出口的风速，便于测量。 夹层气体运动的数学分析方法 窗帘内外的热压差可由（1）式计算 式中，ρ0 、g、T0 均为常量 Te为窗帘外的温度，K Ti为窗帘内的温度，K h为窗帘垂直高度，m 夹层的质量