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散热器采暖与低温地板辐射采暖CFD模拟对比
散热器采暖与地板辐射采暖CFD 模拟对比
摘要:本文建立了散热器采暖和低温地板辐射采暖的物理模型,在房间内门全开的情况下模拟了两种采暖方
式室内的温度场和速度场分布情况,对比分析了两种采暖方式的特点和对室内热环境的影响。模拟结果表明:
地板辐射采暖相对于传统的散热器采暖具有温度分布均匀合理、空气对流速度小、人体感觉更舒适的优点。
关键词:采暖方式;数值模拟;温度场;速度场
0 前言
我国北方冬季室内供暖设备主要以散热器为主,近年来地板采暖在国内开始得到广泛应用。许多研究人
员对这两种供暖方式进行了实验和模拟研究[1-10],得出了不少指导性结论,如地板供暖在舒适性和节能效果
上要优于传统的散热器。但是我阅读了大量文献后发现,他们无论是实验还是数值模拟,所采用的房间都过
于简化,如忽略外窗与外墙差异、空间封闭不考虑各房间对流。虽然模型简化后方便研究,并且可以得出较
满意的结论,但由于模型与实际偏差较大,不少结论的正确性还有待后期考证。
在前人研究的基础上,我采用CFD 软件 FLUENT 模拟了散热器采暖与低温地板辐射采暖两种常见采暖方
式的室内温度场和速度场的分布,分析了两种采暖方式的热工性能和基本规律,并且指出了它们各自的优缺
点。建模时,本文力求模型的精细化和准确化,以提高模拟结果的正确性。
1 物理模型
本文选取北京某一小区两室一厅住宅为计算模型。图1 (a )为住宅俯视图,共分为四个房间,分别为1
客厅(LIVING-ROOM)、2 洗漱室(WASHROOM )、3 北卧室(NORTH-BEDROOM)、4 南卧室(SOUTH-BEDROOM)。
图1 (b)为住宅三维视图,可以清晰地看到房间内部门窗、墙体的分布情况。此处为简化计算,略去4 号南
卧室的阳台,并且把外门等效为一扇玻璃门。同时假定住宅为无人,无家具的空房间,门窗始终关闭。由于
房间密闭性都较好,所以模拟计算时不考虑冷风渗透。
3
1
3 1 4
2
2 4
(a)住宅俯视图 (b)住宅立体视图
图1 住宅模型图
住宅层高设定为2.6m,各房间具体尺寸如图2 所示。
1
客厅 北卧室
1 3
14.82㎡ 7.99㎡
南卧室
4
2 洗漱室 9.33㎡
4.47㎡
图2 住宅基本尺寸图 (单位:mm)
绘制住宅物理模型图时,窗户尺寸为600x1500mm,窗台距离地面高度为900mm ,1、3 房间中窗户在墙
上居中布置,4 房间窗户距离北墙300mm 。4 房间中的玻璃外门尺寸为880x2080mm,距离南墙300mm 。2、
3、4 房间内门尺寸均为880x2080mm,3、4 两个卧室内门与中间内墙距离均为100mm,4 房间内门距离东墙
为300mm 。外门尺寸为980x2080mm,此处因为外门关闭对房间供暖影响不大,因此等效为内墙考虑。
1.1 外墙内表面温度
在稳定传热的条件下,外墙的传热阻、室内、外空气温度、外墙
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