基于Galerkin法的地下粮仓围护结构传热特性数值模拟.pdf

第 30 卷 第 12 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.12 2014 年 6 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jun. 2014 241 ·农产品加工工程· 基于 Galerkin 法的地下粮仓围护结构传热特性数值模拟 1 2 王海涛 ，李向前 （1. 河南工业大学土木建筑学院，郑州 450001 ； 2. 山东建筑科学研究院，济南 250000 ） 摘 要：无网格伽辽金法是一种新兴的数值计算方法，具有无需单元或网格、节点任意增减、计算精度高、收敛 快等优点。该文提出利用无网格伽辽金法研究地下粮仓围护结构的传热问题。以实际地下粮仓为实例，利用 MATLAB 软件开发了无网格伽辽金法程序，采用无网格伽辽金法实现了地下粮仓围护结构传热规律的数值模拟。 将 MATLAB 数值模拟结果与实际地下粮仓的实测数据进行对比分析，验证了无网格伽辽金法的预测精度。分析 了土壤导热系数、地表风速及顶板距地表面距离对地下粮仓围护结构传热的敏感性，探讨了保温层厚度及布置方 式对围护结构传热的影响。数值模拟研究结果显示夏季地下粮仓围护结构温度实测值与预测值之间的最大偏差为 −0.17℃，冬季地下粮仓围护结构温度实测值与预测值之间的最大偏差为 0.24℃，说明无网格伽辽金法具有较高的 预测精度。地下粮仓围护结构传热对土壤导热系数的变化非常灵敏，因此需要谨慎确定土壤导热系数。地下粮仓 顶板上部区域的温度梯度较大，顶板安装保温隔热层可显著减小地下粮仓顶板的热流密度，采用内保温比外保温 有更好的保温隔热效果，因此地下粮仓顶板应采用内保温的保温隔热方式。地下粮仓围护结构传热的数值模拟结 果可为地下粮仓的工程设计提供参考和依据。 关键词：地下建筑；传热；保温层；地下粮仓；围护结构；无网格伽辽金法；温度场 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.12.030 中图分类号：TK12 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2014)-12-0241-08 王海涛，李向前.基于Galerkin 法的地下粮仓围护结构传热特性数值模拟[J].农业工程学报，2014，30(12)：241－248. Wang Haitao, Li Xiangqian. Numerical simulation of heat transfer characteristics of building envelopes of underground warehouse based on element-free Galerkin method[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(12): 241 －248. (in Chinese with English abstract) 的几何形状、动态的边界条件、大地引起的热流 0 引 言 相位延迟效应等问题，解析法和准解析法很难胜 随着人口数量的增长和人民生活水平的提高， 任，因此大部分学者采用数值法进行研究[5] 。常 中国的粮食需求总量不断增加。保障粮食安全已经 用的数值法有有限差分法[6-7] 、有限元法[8-10]和有 成为中国的一项基本国策。地下粮仓具有低温、绿 限体积法[11-13] ，然而，它们都依赖单元或网格， 色、节能、温湿度受外界影响小等优点，因此地下 确定合理的网格尺寸比较困难，编程实现和实际 粮仓日益受到人们的关注[1] 。地下粮仓利用了地下