数值模拟技术在多孔砖墙传热性能研究中应用

《数值模拟技术在多孔砖墙传热性能研究中应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、数值模拟技术在多孔砖墙传热性能研究中应用N啪ericalsimulationtechnjqueinmestudyheat打ansferpe晌maIlceofmulti—holedbdckwall储雪松高立强吴锋邹栋(杭州市城市建设科学研究院，浙江杭州310003)摘要：本文总结了多孔砖的数值设计优化步骤。通过例子介绍了多孔砖墙传热数值模拟过程，以及砖孔可视表面辐射的模拟和墙体表面温度、热流密度的计算方法，并给出了有关结果。关键字：数值模拟；传热；多孔砖Abstract：ThisarticlesuInmarizesthestepsofnumericaldesign

2、andopti血zationofmulti—holedbrick．Byexample，themodellingprocessofbrickwallheattransferisi11廿oduced，asweⅡast11eradia石onsilllllla石ononchevisua】sur矗ceofbrickhoJeandcalcuhtionofwaⅡtemperacure。heat丑ux．Therehtedresul谯arepresented．Keywords：numericalsimuhtion；heat咖s盎r；muld—holedbrick中图分类号：Tu5

3、5文献标识码：B文章编号：1003—8965(2014)03—0067一031引言在砖、砌块设计开发中，传统采用的试验方法，存在周期长、成本高、浪费大等问题，不利于资源节约和环境保护。随着第三次工业革命的来临，以“制造业数字化”和“互联网应用”为特征的科技革命正在迅速展开。所以，砖、砌块的生产开发中应用数字模拟技术，对于节约材料，保护环境，缩短开发周期，提高产品质量具有十分重要的意义，是实现开发到使用全过程绿色化的重要手段，也是传统产业转型升级的必要途径。虽然在这方面国内外已做了一些研究131，但仍然有许多工作要做。本文着重介绍多孔砖传热性能的数值模拟方法，以期

4、进一步深化这方面的应用和研究。2传热数值模拟基础数值模拟技术常用到的有：差分法、有限元法、神经网络方法等，其中，有限元方法是在工程领域普遍采用的分析技术，具有较高的计算精度。传热模型是建立在能量守恒原理、质量守恒定理、动量守恒定理，以及傅利叶定理等理论基础上。热传导控制微分方程⋯一般形式如式(1)。嘉(九罢)+品(‰等)+昙(t篆]+击。=胪鲁(，，其中：T一热力学温度，K：A一导热系数，W／(m·K)；①，一内热源的热功率，W／m3；p一密度，kg／m3；c一比热容，J／(kg·K)。在有限元模拟方法中，用变分公式或伽留金有限元方法121来推演得到有限元计算矩

5、阵，实现数字仿真计算。目前，使用比较普遍的有限元分析软件有：ANSYS、ADlNA、ABAQUS、MSC四款产品。其中，ABAQUS和ADlNA在求解非线性问题时具有明显的优势；而ANSYS和ADlNA在流体和多物理场耦合功能方面具有明显的优势。本文使用ANSYSl0．0作为数值模拟平台。3多孔砖数值设计优化步骤设计优化多孔砖的一项目标就是要在材料容重确定情况下，满足墙体保温性能要求，所以，分析砖的孔洞排列和大小对墙体传热性能的影响就是一项基础工作。在计算墙体保温性能时，常把墙体传热简化成平壁稳定传热，即一维稳定传热，但为了取得实际性能数据，传统方法中，要制造不

6、同孔洞排列和大小的砖，构建各种试验墙体进行热工性能试验，这方面花费的时间和经济成本是十分大的。因此，数值模型技术对于构建简便、可靠、可重复的优化开发工艺是一种很好的方案。保温砖数值设计优化步骤总结为：第1步：设计一组孔洞排列和大小不同的砖块方案。第2步：用设计的砖块构建墙体模型方案。第3步：采用材料不同的砖块、砂浆组合形成多个墙体几何模型。第4步：对墙体几何模型分别进行模拟分析。第5步：用模拟分析结果，计算墙体传热系数。第6步：按照模型的传热性能计算结果，优选砖块方案和材料参数。第7步：对砖块方案进一步完善，回到第2步，或结束优化过程。4数值模拟例子4．1模型参

7、数作为例子，设计外观尺寸相同，结构为六排孔和九排孔的多孔砖方案(参见图1)。67t扩’^，图1多孔砖方案(0．238m×0．238m×0．09m)墙体模型方案按四层砖设计，采用上述多孔砖块构建，砖块之间是1cm厚砌筑砂浆(参见图2)。图2墙体模型方案对砖墙数值模型，参照制砖的混凝土材料参数州，选择部分材料参数，组合形成如表1所示材料方案。4．2数值模拟方法多孔砖墙的传热过程是一种复杂的物理现象，包括了墙体表面的热对流，砖和砂浆的热传导，砖孔内部的热对流，砖孔内部的热辐射。为在数字模拟软件中完成墙体的传热过程，模拟过程按如下步骤进行。1)按照墙体模型方案，建立墙体

8、数字(几何)模型。方法一