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传统火墙壁面的显热计算 由线算图法得到

时间:2010-12-18 13:19来源:未知 作者:admin 点击:
传统火墙壁面的显热计算 设传统火墙壁面内侧是由0.06m厚的红砖砌成,外侧是0.02m厚的水泥砂浆,两者结合而成。利用傅立叶准则: 和毕渥准则: 结合非稳态平壁传热的计算公式,由线

传统火墙壁面的显热计算
设传统火墙壁面内侧是由0.06m厚的红砖砌成,外侧是0.02m厚的水泥砂浆,两者结合而成。利用傅立叶准则: 和毕渥准则: 结合非稳态平壁传热的计算公式,由线算图法得到每平方米普通火墙壁面温度从15℃升高到80℃时,所吸收的热量 。
 
表3 两种形式火墙壁面得热量数值对比表
 红砖层 水泥砂浆层 相变材料 传统火墙壁面 相变蓄热火墙壁面
单位面积/体积吸热量J 2.225×103 2.906×102 1.034×104 2.5156×103 3.478×103
总吸热量 J 8.01×103 1.046×103 3.92×103 9.056×103 12.52×103
 
通过上述计算得到两种火墙的得热量,列于表3中,通过对比分析可以看出,加入相变蓄热材料的火墙壁面吸热量约是普通砖墙火墙壁面吸热量的1.38倍;并且,相变材料所吸收的热量占总热量的31.31%。因此,将相变蓄热材料应用于火墙壁面中的效果将是显著的,具有一定的研究意义。
3.2 模拟对比分析
3.2.1 边界条件的确定
为了研究传统火墙和相变蓄热火墙壁面温度场随时间的变化情况,并确分析相变蓄热火墙的传热性能,作出如下假定:
①固液相变不是在一个确定的温度下进行,而是在一个温度范围内发生的,即当介质温度在33.5℃~44.6℃之间时,发生相变;②墙体材料及相变材料的热物性参数均为常数,相变材料的导热系数和焓值均为随温度变化的常数;③采暖前,室内最初温度为285K,最终达到理想温度291K;烟道内烟气温度在513K~773K之间波动,与墙体进行对流换热,表面传热系数为35 W/(㎡•K),室内空气与火墙壁面进行对流换热,表面传热系数为15 W/(㎡•K),④火墙散热面的初始温度为18℃,壁面两侧均为对流和辐射换热,水泥砂浆层与砖墙之间属于热传导。⑤两种工况均为瞬态热传导。
利用有限元模拟分析软件对两种火墙体壁面进行热量传递计算,分别取两种火墙壁面的0.05m长的微元作为研究对象,得到传统火墙和相变蓄热火墙壁面沿厚度方向上的温度变化图。
 
 
图8 传统火墙壁面纵截面受热温度分布图
  
图9 相变蓄热火墙壁面纵截面受热温度分布图
 
图8给出了传统火墙进行热量传递时,其纵截面上温度随时间变化的情况。在较短时间内,即t=1800s时壁面就能够达到357.103K,能够使室内达到理想的温度范围。图9给出的相变蓄热火墙纵截面在进行热传递时,由于在靠近室内的壁面侧敷设了相变材料管,使得壁面在较长一段时间内,即t=3600s时才达到理想的温度为351.229K。在供热过程中的每一时刻,相变蓄热火墙壁面的温度值均略低于传统火墙壁面的温度值,而且相变蓄热火墙要达到理想壁面温度值的时间是传统火墙的2倍。说明在持续加热的过程中,当温度达到相变点时,相变材料才开始熔化吸热,发生固—液相变,并将烟道内烟气携带的部分余热以潜热的形式储存起来以备采暖间歇时利用。虽然相变蓄热火墙未能使壁面较快地达到理想温度,但是其壁面具有达到理想温度的条件,并且能够有效地储存热量。
通过上述火墙受热分析可以看出,传统火墙壁面的温度容易达到稳定,能够较快提高室内温度。将相变材料应用于火墙壁面,温度达到稳定需要的时间较长,说明相变蓄热材料在这段时间内吸收了大部分热量,相变材料的潜热在增加。

(责任编辑:冲锋)
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