太阳墙系统传热与流动的格子Boltzmann方法模拟

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太阳能作为一种可再生能源,具有储量丰富,清洁环保的特点。因此,研究太阳能在各个领域中的应用成为各国学者普遍关注和研究的课题。本文研究的包含多孔介质的主动式太阳墙系统,就是太阳能在城市建筑供暖中的应用。  太阳墙系统主要由多孔墙、空气通道、蓄热墙、风机和采暖房几部分组成。从简化的角度出发,我们不考虑蓄热墙的作用,建立描述太阳墙系统传热与流动特性的二维数学模型。应用格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann method,LBM)对系统进行数值模拟。  主要的工作包括:  1、对作为媒介的空气在多孔墙内的流动,以及与多孔墙间的热量交换过程进行模拟。结果表明:提高多孔墙的温度、风机的速度和上通道的直径可以提高流入室内的空气的温度。但是,孔隙度对温度的变化的影响并不明显。  2、对采暖房温度的分布情况进行分析。提高风机的速度可以在一定范围内提高室内的平均温度。改变风机的位置发现,将风机置于上通道时,室内的热传递较均匀;置于下通道时,热空气基本上没有传递到室内,而是从上通道流失了。  3、基于对多孔墙的热分析,为了降低多孔墙与环境之间的热量交换,从结构上对多孔墙系统进行改进。考虑在多孔墙的外表面加一层玻璃板,形成空气通道。对这种有风机并附加玻璃板的太阳墙系统进行数值模拟。结果表明:玻璃墙的存在可以降低热量的流失,提高室内的温度。  上述研究表明,LBM对于模拟含多孔介质的太阳墙系统是可行的,只是我们建立的简化模型与实际情况之间依然存在差异。因此,进一步的研究可以从太阳墙的模型入手,建立新的更接近实际情况的数学模型。
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