高海拔寒冷地区采暖散热器散热性能研究

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我国现阶段对于高海拔寒冷地区的采暖设备缺乏明确的技术规程,也几乎没有生产厂家从事适合此地区的专用设备的生产,对于极端气候条件对设备性能影响的研究亦是少之又少。在进行高海拔地区采暖散热器的选择时,许多设计师对散热器的选型修正系数依靠经验选取,没有明确的修正方法,这无疑是不科学的。此种方法会导致室内环境的舒适度不满足要求,更会导致能源的浪费,因此开发一套适用于工程实践的设备选型修正方法具有很强的现实意义。本文依托经典的传热学模型,采用理论研究与数值模拟及实验研究相结合的方法,对高海拔地区常用的三种类型的散热器的散热性能进行了分析,得出一套适合于高海拔地区的采暖散热器选型修正方法。首先,笔者在前人研究的基础之上,总结了密度、运动粘度系数、导温系数等空气的热物性参数随海拔高度的变化规律。其次,笔者采用解析解法建立了光面散热器和电散热器的数学传热模型。由于带肋散热器的几何边界条件十分复杂,笔者采用基于有限差分法的数值计算方法,将带肋散热器的传热模型离散化,分别针对边界节点和内部节点建立与之对应的离散方程。三种散热器的模型建立过程中均对热边界条件做了相应的简化。同时,由于方程中涉及到的参数较多,在模型的求解过程中采用试算法进行求解。再次,笔者采用基于有限元法的COMSOL Multiphysics数值仿真模拟软件建立三种散热器的数值仿真模型,与此同时,对位于拉萨市的壁挂炉+散热器采暖系统进行了现场试验测试。本文将数值计算结果和实测数据与理论计算结果进行对比,得出数值计算结果和实测数据与理论计算结果的相对误差均小于20%,从而验证了理论模型的正确性。最后,笔者对影响散热器传热的关键因素进行分析,得出光面散热器和带肋散热器的传热系数随海拔高度的升高而降低,海拔高度每升高500米,传热系数衰减1.5%~2.5%;柱形电散热器的单位面积散热量限值随海拔高度的升高而降低,海拔高度每升高500米,其值衰减1%~1.5%。此外,笔者将大量的计算结果进行拟合,将光面散热器和带肋散热器的散热量修正系数拟合为相应的多项式。
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