墙体传热的三维模拟分析.pdf

墙体传热的三堆模拟分析 林海燕 (中国建筑科学研究院走筑物理研究所) 【■翼J本文基于拉饼窖积法编翻了兰雏穗杏鼍度场分析褪枣．利甩谖丧序对警通住宅的一个典 型开阔墙体内部兰维量度分布进行了模拟．把按兰壤沮度分布计算出的j蛘平鸯传热系数与按标穗的一 雏面积加权方法计算出帕平均抟热系致作磁较．两者差别很大．可见冷桥对墙●I传热的影响只有通过二 维、三维的量度墙横报才能比较准确地反映出来。 【艏■I狰轿墙律平均传热系数控制容积法 在采■地区单‘材辩的壤搏很难满足‘民用建筑节鲢霞计标准僳睡居住奠筑部分)JGJ孙—％，(以 下俺称{标准)的要求．多屡材料的复合墙体应用褥越糙蕾童．内保沮和外髓悬两种量常见的复合 方式，由于构造上的需要．复合墙体内部不可鼍免的会出现冷挢．与内保温墙赣相比．外能墙体船够 较规定地切断冷桥，充分发挥保曩材料舶十}用，保墨效暴更好，这是一蕨毒知曩的事实．惶悬内慑■墙 体曲冷榜究童怎样鬃响7墙体的平均传热系数?井保鼍墙俸究竟切断了啊些部蕾的冷轿?井链|●钵本 身是否还有要注童的■囊环节?这些问最通过三维温度场的模报分析可以得捌瞎皎明确的瞢案． 本文对—个警囊住宅标准开阃的墙面进行了三鳢■度分布摸扭，再体的算一是一面内俣蠢警体和一 面外保沮薯体以及它们各自的一些小变倒．在相同的边界条件下，分别绪出了这些算铡的平均传燕系数 以及它I丁的表面沮度分布． 为了麓够深入绝分析墙体传热坷愿，车文专仃簟榜了一个三维羞度场分折程序STDA(S呻叫 Tc犁：Uml璜出ib砸雌锄d^IM蜊s)，这是一个强有力的禳报分析工具． 涨的数学基础是甩控翻容积方法(c口劬fol-vol|m砖M抽od)对强志传熟问置进于亍数值模拟． 控制容积法是—种成功的羹值横拟方法，特暑l适台于解决传燕学和蠢体力学问最．对解决传燕闫晨 而言，控制容积法的蜃理是将计葬空闻(对本文而言就是要计算分析的墙体)划分成许许多多的小矩形 体。称为控橱客积(c日岫cDIv‘Ihlme)，每一个控制客积的中心称之为节点，数值模拟就是计算出所有节 点胸曩度．在避些节点温度鲍榴互作用下，确保在每—十控科客积内簟量的守乍． 控制容积法的物理意义非常简单明了，传燕翔曩的控弼徽分方程的囊鼓也投摘单．对一个不担■的 空问，传热闷曩的控舅截分方程离数成一个变带竟的大型稀麓矩阵．解大型穰赡矩阵技术不存在闷量， 但是控捌軎积法和其他敷值横拉方法一样，计算节点麓彦，撬扳的鲭燕麓准确．如果一面墙体翼宵to万、 20万十节点，舅形成的矩阵规棱大附惊人．印使采用压缩存蕾，月配置128掘内存曲齑稿II机．求解这 十矩阵也台遢舅内存雨足舶向量。为了解决这十闷量．STDA采用了一种分块遗代的算法．一般两言，墙 体或建筑田护结构的其他组成部分都可以分解成许多十矩形立体烹问．而对一十矩形立体空向．传热阿 朦的控制徽分方程可离散成～个有七条对角线的对称的稀瑰矩阵。这种矩阵的形成过程比较简单，解法 根成熟的，番要的内存容量也不根大。因此STDA先将隶解的墙悔或其他韵体分戚若干个矩形体，每个 矩彤佑再划分许多控制窖积，撮据前一步计算稃出自g所有节点的蕾度，计算出軎个矩形体交界面的温度， 然后用这些交界面的矗度作为避一步计算的边界条件．再次运个求解每个矩形体内的节点温度，如此循 环往复，直至计算收敛． 错 分块迭代算法的好处是增大了可处理的节点数，付出的代价是增加了计算的时间。为了加快选代的 谓松弛选代就是将上一步的计算结果乘上一个系薮后在代入本次计算．如果这个系数小于1就是欠松弛 迭代，欠栓弛翥用于荸线性问题的求解，减缓迭代的收敛速度，但可防止发教．如果这个系数大于l就 是超松弛迭代．加快选代的收敛速度，但育时会引起发教．SOR方法运用得当的话可l；c显薯她减少迭代 次数．SOR方法关键是箨一个适度的格弛因子，可懂松弛因子的大小与计算网楂的j喇I程度、材料的导 热系敦的大小以及它们之闻的差异等因素都有关，无法给出一个确定的关系．一般：晦通过试算根据经验 来确定．就本文涉及的墙体韵沮度计算两言，辁弛园子大致在l～1．05之阃． 95或鸲环境下运行．STDA STDA是用Mi船。的n公司的Vimmlc_H6．0开发的，在中文W