火炕及农村建筑集成采暖系统热工性能及传热模型研究

作为传统的供暖措施，火炕已在北方农村被广泛使用。然而目前火炕的深入理论研究较少，妨碍了火炕的创新和推广；而且在单独使用火炕的条件下，室内热环境差，不能满足人们的热舒适要求。因此，亟需研究相应的集成采暖系统来满足农村建筑的供暖需求。本项目在对生物质燃料放热模型研究的基础上，以集总参数法建立了传统火炕的传热模型，并开发了计算软件。建立了炕面温度不均匀的火炕传热模型，并考虑了烟道内高温烟气的辐射及土灰层的蓄热作用，从而对火炕内部的传热过程和热量分配有了深入的理解，并利用该模型优化了火炕结构。建立了火墙式火炕在三种运行工况下的传热模型，进行了实验验证并优化了火墙式火炕结构。分别构建了柴灶和火炕内置换热器模型，并在上述计算软件中增加了这两个模块。为了改善整栋建筑的室内热环境，提出了柴灶-火炕-热水的集成采暖系统。搭建了火炕-火墙-热水、火炕-热水以及柴灶-火炕-热水的集成采暖系统的实验平台，实验结果表明集成采暖系统可有效提高室内热环境。建立了集成采暖系统传热模型，分析结果表明，该系统可有效提高能源利用效率。 2100433B

火炕在中国有着悠久的历史，是北方农村必不可少的采暖设施。将其发扬光大，对农村建筑节能、改善室内环境和生物质燃料的利用具有重要的意义。但迄今为止，火炕主要依照民间的经验来搭建，极少进行过深入的理论研究，因此，阻碍了火炕的创新与推广应用。此外，火炕只能加热其所在房间、不能顾及整幢建筑热环境的弊端，也难以满足农村生活水平日益提高的需要。本项目从流体力学和传热学基本理论出发，探索火炕传热与蓄热的本质，建立火炕蓄热和放热模型，通过深入的实验研究和数值分析，探讨火炕结构、材料、燃烧速率等因素对火炕蓄放热和房间环境温度的影响，剖析火炕热量传递的方式和比例；并进一步结合农村建筑的热负荷特性，构建基于生物质燃料的火炕-火墙-土暖气集成采暖系统，研究系统中各个部分的热流特性和运行调节特性，提高火炕的蓄热性能、集成采暖系统的调节性能以及房间的即热性能。研究成果有望为火炕采暖方式的新突破打下理论基础。

研究传热流体在具有三维翅片结构的花瓣形翅片管外的螺旋流动传热，通过对流场的流态显示、速度场和温度场的测量，并结合所获得的传热与压降性能数据，分析传热强化机理、优化翅片和螺旋角参数；建立传热流体在花瓣形翅片管外螺旋流动传热的三维理论模型，提出求解模型的数值方法，探明场协同的机制。研究工作将有助于丰富和发展我国第三代传热技术及相关理论，并开发出具有自主知识产权的高效换热器，促进我国节能和环保工作的发展。

本项目以刷式密封与转子交互作用下接触点传热及流固耦合传热动力学规律为研究目标，综合多种因素的（刷丝之间、刷丝与后挡板摩擦以及刷丝弯曲效应）影响，应用数值模拟手段，建立非线性接触力数学模型以及接触力作用下流固耦合传热模型。利用课题组在密封-转子系统流固耦合实验方面积累的丰富经验和先进密封技术研究的基础，建立了刷式密封-转子系统学实验平台完成流固热耦合数学模型的验证。本项目旨在提出接触密封理论模型和接触力选择准则，通过实验和数值手段研究刷式密封-转子系统流固耦合传热规律，建立及完善流固热耦合数学模型，能数值分析不同刷式密封与转子系统结构下，系统内刷式密封与转子接触力及摩擦生热等参数，为研究工质泄漏、转子稳定性以及部件疲劳寿命提供重要的手段。