內置擋板的火墻式火炕的模擬研究

1、    內置擋板的火墻式火炕的模擬研究    王琳+王程+赫娜摘要：設計了一種新型內置擋板的火墻式火炕，對比了是否在熱工性能方面有顯著作用。運用cfd技術，采用icemcfd建立物理模型，應用fluent軟件對兩種工況進行了數(shù)值模擬。結果表明： 炕面溫度上，單一的工況炕面溫度炕頭至炕尾呈遞減趨勢，新型的溫度梯度更均勻?？磺粌炔繙囟刃滦团c單一的在室內溫度并無差別。在室內溫度上，新型具有顯著優(yōu)勢。內置擋板的火墻式火炕在熱工方面有顯著提高，且發(fā)現(xiàn)新型火炕在蓄熱能力方面占有顯著優(yōu)勢。關鍵詞：火墻式火炕；內置擋板；數(shù)值模擬：tu833+.3：a：16749944（

2、2017）120243031引言隨著城市經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們更加關注城市住宅及公共建筑的節(jié)能環(huán)保問題，往往忽視了農(nóng)村住宅的功能性與舒適性。我國北方農(nóng)村地區(qū)通常以火炕作為主要采暖方式14，單一的火墻式火炕具有蓄熱能力差、炕表面溫度不均勻、室內溫度較低、煙氣熱量利用率低等缺點。筆者設計了一種新型的火炕內置擋板的火墻式火炕，此種設計將火墻式火炕分為冬季、夏季兩種工況運行，通過在不同季節(jié)切換擋板位置來控制煙氣的流動方向，使夏季煙氣不經(jīng)過炕下，解決炕面溫度過高的問題，從而使人們的居住環(huán)境更為舒適。同時在夏季工況中增設煙氣對流管束，利用對流管束內冷水吸收煙氣的熱量，將煙氣熱量進行二次利用，對流管束內被加熱

3、水循環(huán)導出后，用于夏季室內噴淋或者作為補償熱水使用。2模型的建立模擬房間長寬高尺寸為3000 mm×4150 mm×3000 mm，房屋坐北朝南，南外墻上窗的尺寸為2000 mm×1500 mm，窗戶為單層雙玻璃塑鋼窗，房間的維護結構為37磚墻，總厚度為470 mm?；饓κ交鹂坏奈锢砟Ｐ鸵妶D1。內置擋板工況的物理模型見圖2、圖3。初始條件見圖4。3數(shù)值模擬結果應用fluent進行數(shù)值模擬時，將所研究體系分為三個工況，如表1，結果見圖5圖13。4數(shù)值模擬結果分析炕面溫度上，對比圖6內置擋板冬季工況與圖7內置擋板夏季工況的數(shù)值模擬結果可知，冬季擋板封閉炕內墻空腔，此時

4、為單一的火墻式火炕工況，炕面溫度從炕頭至炕尾呈遞減趨勢，炕頭溫度40，炕尾溫度10，夏季工況中擋板封閉炕下炕腔，使煙氣直接由灶內進入炕內墻，因此火炕與火墻側炕面溫度僅有10，即為夏季炕板的常溫，但此時炕內墻入口溫度41，出口溫度30。夏季工況的炕面溫度較冬季工況降低了30，解決了由于火炕表面溫度過熱，造成居民夜晚無法正常作息的問題。數(shù)值模擬內置擋板的炕腔內部溫度時，從圖9內置擋板冬季工況中可以明顯看出冬季工況的炕腔內部溫度與單一的火墻式火炕并無差別，火炕下煙氣入口溫度405，炕腔內部溫度大致在85105之間，火墻側煙氣入口溫度550，炕腔內溫度在260405之間，但冬季工況中煙氣不經(jīng)過炕內墻，

5、炕內墻內空氣的溫升是由于炕側的煙氣熱量經(jīng)過內墻傳遞給炕內墻側，因此炕內墻內溫度僅有20；而圖10內置擋板夏季工況中可知，此時煙氣不經(jīng)過炕下而直接進入炕內墻內，因而炕內墻內煙氣的溫度高達300，但對比炕腔內部溫度可明顯看出炕腔內溫度僅為25，該種設置在夏季可使炕面溫度有大幅度的降低，也可使室內溫度舒適性更高。對比內置擋板的兩種工況可以發(fā)現(xiàn)，圖12內置擋板冬季工況室內溫度為18，炕上方及火墻前側溫度較高；圖13內置擋板夏季工況室內溫度為18。分析得出使室內溫度升高的主要原因是炕面的散熱，夏季工況的炕面溫度整體呈綠色，說明夏季工況通過切換擋板位置控制煙氣流動的方法，使得炕面溫度維持在18，該溫度即為炕板在夏季的正常溫度，同時通過圖像也可以看出此時炕板的溫度低于室內溫度，由此更加提高了居民生活的熱舒適度。5結語通過數(shù)值模擬的方法，經(jīng)過迭代模擬得到各個工況的溫度分布圖。在求得的模擬結果中，根據(jù)實際情況任意給定工況的初始條件，此時都可以得到一個可靠的模擬結果，將省去人工分工況測量的繁瑣，具有一定的便捷性，也為后續(xù)的進一步研究提供了研究思路與方法。參考文獻：1尚明瑞.農(nóng)業(yè)與農(nóng)村經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展理論研究述評j.社會科學線，2005（4）：267273.2袁鵬麗，王宗山，端木琳.火炕系統(tǒng)流動傳熱模型綜述j.建筑熱能通風空調，2015（8）：3136.3方修睦，王芳，李桂文.火炕熱工性能評價指標及檢測