单层玻璃温度场有限元分析

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1、单层玻璃温度场有限元分析宋海罡江苏省建筑工程质量检测中心有限公司摘要：本文利用通用的有限元分析软件ANSYS，建立了单层玻璃的有限元模型，以某夏热冬冷地区的冬季某一天内的气象信息作为边界条件，分析了室外24小时整点时刻的空气温度和风速及玻璃厚度对单层玻璃温度场的影响．得出了玻璃温度场与室外空气温度、风速、玻璃厚度三者之间变化关系，为夏热冬冷地区玻璃幕墙和门窗的节能设计提供相应的参考依据。关键词：单层玻璃；温度场；温度；风速；ANSYSAbstract：Afiniteelementmodelofthes

2、ingleglassisbuiltbythegeneralfiniteelementanalysissoftwareANSYS．Theatmosphericphenomenainformationduringawinter’Sdayinthehotsummerandcoolwinterzoneisakindofboundaryconditioninthefiniteelementanalysis，andtheinfluenceofoutdoor24hours’airtemperature，windsp

3、eedandthicknessofglassareanalyzedoftheglass’Stemperaturefield．Thechangerelationsareknownbetweenglass’Stemperaturefieldandairtemperature，windspeed，glassthickness．Someusefulresultsbasedonthefiniteelementanalysismightprovidecorrespondingreferencesfortheene

4、rgysavingdesignontheglasscurtainwallandwindows&doorsinthehotsummerandcoldwinterzone．Keywords：singleglass，temperaturefield，temperature，windspeed，ANSYS1前言随着建筑外围护结构的多样化和建筑功能化，玻璃幕墙[1】和门窗在建筑外围护结构中应用的比例越来越大。玻璃幕墙和门窗采用大面积玻璃材质作为外围护结构．其热工性能『2]与传统墙体围护结构不同，它们在带来美观通

5、透的艺术效果的同时，还需要满足人们对建筑外围护结构热工性能的要求。目前对玻璃幕墙和门窗的热工性能研究得比较多f3、41，但对玻璃幕墙和门窗玻璃材质的温度场研究(5]得比较少，本文通过有限元热分析，模拟夏热冬冷地区冬季某日24小时变化的空气温度和风速对玻璃温度场影响研究，为玻璃幕墙和门窗的节能设计提供相应的参考依据。2玻璃温度场模拟的边界条件对于一般建筑物外围护结构而言，由于自然环境条件变化所产生的温度荷载，可分为三种类型：日照温度荷载、骤然降温温度荷载和年温度荷载。日照温度荷载比较复杂，影响因素众多，

6、主要有以下几个方面：太阳的直接辐射、天空辐射、地面反射、气温变化、风速以及地理纬度、结构物的方位和朝向、附近的地形地貌条件等等。玻璃幕墙和门窗中玻璃的传热形式见图1。室外室内传导《=3余对流传热心乡．堑堑堡垫卜[———]户图1玻璃传热形式日照温差属于瞬时温差。在瞬时温差下，可以造成玻璃结构不均匀的温度分布，即形成玻璃结构的温度梯度。本文主要以空气气温变化和风速两个因素来分析玻璃的温度场，即玻璃与空气接触进行的对流传热，见图2，属于第三类边界条件[61。第三类边界条件为与物体相接触的流体介质的温度和换热

7、系数已知，可用公式(1)表示，一A蚓。7'--仅(T-TO}，(1)式中：2012．04拦眇警篷蟛昝X冀量叁壁壁鳖壅鳖!堡堕卜为流体介质的温度；d——换热系数。Tf和d可以为常数．也可以为随时间变化的函数。‘＼一k，、图2本文中采用的玻璃传热形式3玻璃温度场计算边界条件某夏热冬冷地区冬季的气候特点：冬季受大陆冷高压控制，寒冷少雨，在全年日最低气温低于0℃的日数中冬季占了93％。冬季平均气温4．3℃，平均最低气温1．1℃。1月中下旬是全年最冷时期，平均13气温3．0。C；平均最低气温一0．1。C；日最低

8、气温<一8℃的严寒天气大都在1月份。本文选取该地区冬季某1324小时整点的室外空气温度和风速作为计算条件，根据JGJ厂I’151—2008(建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》的规定川：该地区冬季标准计算条件为：室内空气温度Ti。=20。C；室内对流换热系数^。。n-3．6W／(m2·K)；并采用JGJ／T151—2008中10．2．5：在工程设计或实际工程中用建筑门窗、玻璃幕墙产品的性能进行计算时，外表面对流换热系数应按公式(2)计算。h。。=4“ys(2)