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气候环境室建筑保温结构问题研究

发布时间:2018-06-18 14:40 论文编辑:lgg 所属栏目:建筑学论文 关键词: 建筑学论文地面保温升降温时间

本文是一篇建筑学论文,建筑学服务的对象不仅是自然的人,而且也是社会的人,不仅要满足人们物质上的要求,而且要满足他们精神上的要求。

本文是一篇建筑学论文,建筑学服务的对象不仅是自然的人,而且也是社会的人,不仅要满足人们物质上的要求,而且要满足他们精神上的要求。因此社会生产力和生产关系的变化,政治、文化、宗教、生活习惯等等的变化,都密切影响着建筑技术和艺术。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑学论文,供大家参考。
 
第1章 绪论
 
1.1 课题研究背景及意义
我国地域宽阔,自然环境复杂多变,目前人们出行、旅游主要都会选择乘坐高铁动车[1]。随着我国科学技术的不断发展以及人民生活水平的大幅提高,铁路客运条件越来越受到人们的高度重视[2]。铁路是我国重要的基础设施,也是国民经济发展的大动脉和大众化交通工具,对国家社会经济又快又好发展和国防起着不可替代的重要作用[3]。大规模发展具有运能大、舒适安全、全天候运输、环境友好和可持续性等优势的高速列车[4],不仅是国家的重大战略决策,也是在能源和环境条件约束下解决我国交通运输能力供给不足的矛盾必然选择。近几年来,我国铁道列车生产技术发展迅速,各种新型列车不断研制生产,列车在运行过程中所能表现出来的安全性、舒适性、可靠性等方面的要求不断地进行提高。列车在实际运行过程中,对列车质量要求比较苛刻,为了验证列车部件及整体的性能,列车装车后的性能测试试验必不可少[5]。由于我国列车对外出口量不断增加,并且全球各地室外气候差异较大,能不能复现世界各地气候环境条件,将会对实验结果产生很大影响。因此需要建立气候环境模拟室进行列车整车环境试验。在气候环境模拟系统中,不论时间和地点如何,均可实现各种环境条件进行各种试验[6]。虽然建造列车空调气候环境模拟实验室需要很多财力物力的支持,但由于其在列车研发、测试等方面有着重要的影响,尤为重要的是其在列车空调系统研发测试中显得格外重要,很多国家和地区都对其十分重视,不惜花费大量财力物力建设大中型空调系统气候实验室。目前世界上比较出色的有英国皇家陆军科学研究院的车辆环境试验室、日本筑波的空间环模舱、维也纳的国际车辆研究试验中心、、奥地利的阿森纳尔全天候车辆试验站、美国的阿伯丁试验场和麦金利气候实验室[7][8][9]。
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1.2 国内外研究现状
随着科技的不断发展,为满足各种设备不同气候下的实验,气候环境室的得到了越来越多的重视,国内外专家也进行了大量的研究。由于能使被试车辆按照更加严格的标准要求进行试验,在气候风洞实验室(CWT)进行试验成为开发和研究高质量铁路车辆的首要必备条件。根据特定的试验程序进行试验保证了被试对象的机械,电气和电子部件在极端气候条件下的安全性。这样的试验对部件的系统表现,提供了精确的信息。为了满足对铁路机车的气候实验,日本川崎重工业株式会社建设了自己的气候环境室,该气候环境室可以实现对设备的制冷和采暖等多种工况的实验[18]。在气候环境室内可进行空调性能和车体传热性能的实验。该气候室对各种车型和各种运行状态都可以模拟,而且实验效率高,测试水平先进,测试精度高。奥地利于 1961 年建成了受到各国重视的阿森纳尔国际车辆试验站,经过改造之后一直在气候环境室技术方面处于国际领先地位。该试验站主要是对铁路客车和货车进行 UIC 和 CEN 的认证,可对列车的安全性能、乘坐的舒适性等多方面进行试验。该实验室还可以对磁悬浮列车等各种新型列车进行相似性实验,对新型列车的开发具有重要的意义[19]。在气候环境室的研究方面,美国走在世界前列。在上个世纪四十年代就开始了对各种低温试验的重视,并建造实验室。美国南部佛罗里达州的麦金利气候实验室,是目前世界上最大的气候实验室。从上个世纪四十年代使用至今。实验室占地面积近三十平方公里。美国研制的各种类型的飞机都在这个气候环境是进行试验。测试飞机的各种性能,测试飞机对各种气候环境和工况的适应能力,在极寒,极热等各种恶劣气候条件下的性能。为飞机在全球范围内飞行提供试验依据和性能改进。第二次世界大战爆发后该实验室开始了对各种武器性能进行实验,研究武器在各种极端恶劣天气下的使用性能[20]。麦金利气候实验室对美国的各种型号的战斗机进行了恶劣的气候实验,并取得很好的效果。该实验室的住实验室建造标准能够同时测试两架 B-2 轰炸机。由于飞机越来越大,原来的实验室已无法满足要求,麦金利气候实验室在上世纪60 年代中期进行了扩建,扩建后的主实验室宽 76 米,长 80 米,高 21 米,可容纳世界上最大的民用飞机。主实验室具有超强的制冷和制热能力。实验室有三台制冷机,每台各有高、低两级离心式压气机构成。总制冷能力为 12000 吨。可以实现实验室温度的迅速下降,可以在 24 小时内将实验室的温度从外界温度降至零下 53 摄氏度。调控室通过两台锅炉提升温度,每台锅炉每小时能产生 25000磅蒸汽。主实验室从外界温度上升至 73 摄氏度,最长加热时间约为 8 小时。
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第2章 气候环境室保温结构分析
 
气候环境室(下文简称“气候室”)应能在密闭空间内模拟环境温度、湿度和太阳辐射条件,并提供车载空调、照明、门等辅助系统电源,以进行轨道车辆部件及整车气候试验,且能在高/低温、高/低湿环境条件下进行车辆各部件系统的相关性能研究。这就对气候室的保温性能提出了更高的要求,才能保证实验结果的准确性和可靠性。
 
2.1 气候室的介绍
气候室主要功能是模拟一个稳定的高低温、高低湿环境,检测列车各部件及整车在各种不同气候环境下的性能及运行状况,从而验证列车的质量能否满足出厂设计要求。气候室主要由试验仓体、太阳辐射模拟设备、组合式空调机组、低温制冷机组等部分组成。为保证列车部件及整车试验的可靠性,气候室设计要按照中华人民共和国铁道行业标准(TB/1675—2001)进行。气候室内部在密闭的情况下可以模拟全球范围内的的气候状况,温度主要控制在-42℃~+55℃范围内,空气温度均匀度≤3℃,快速升降温速度≥10K/h,在 10℃以上,模拟 10~98%的湿度工况;在 600~1120W/m2范围内模拟太阳辐射工况。图 2.1 为气候室效果图。
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2.2 气候室保温结构的传热理论
在气候室保温结构传热研究中用有限单元法对气候室的各个保温结构进行划分,并建立传热模型,通过加载第三类边界条件,利用计算仿真软件(ANSYS)对气候室的热工性能进行计算仿真[40]。有限单元法是一种离散化的数值方法,而网格划分的目的就是进行离散。联立离散后得到各节点的平衡方程得到总的平衡方程,以求解总的温度场和热流密度场。网格划分必须依据实际情况进行,在重要的部位要划分的密集些[41]。网格划分的越密,结果也就越精确。
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第 3 章 气候室冷热桥模拟优化分析.....19
3.1 侧板与顶板结合处冷热桥模拟分析............20
3.2 保温大门观察窗冷热桥模拟分析......24
3.3 螺栓穿库板冷热桥模拟分析..............28
3.4 线缆穿库板冷热桥模拟分析..............32
3.5 铁轨穿越保温大门处冷热桥分析......36
第 4 章 气候室两种地面方案模拟对比分析.............42
4.1 两种地面方案模型的建立........42
4.2 仿真模拟参数的设置......43
4.3 模拟结果对比分析..........44
4.3.1 温度场的分析.......44
4.3.2 热流密度场的分析.........45
第 5 章 升降温工况稳定时间分析.........47
5.1 极端降温工况分析..........47
5.2 极端升温工况分析..........51
5.3 各工况下升降温时间统计........55
 
第5章 升降温工况稳定时间分析
 
因气候环境室内部需要在密闭情况下模拟全球范围内的气候状况,其温度主要控制在-42℃~+55℃范围内,而且要求快速升降温速度≥10K/h。这就需要对气候环境室降温及升温的运行时间有总体把控,因此对气候室整体保温性能进行模拟分析,计算气候室内部达到稳定工况的时间。
 
5.1 极端降温工况分析
当空气温度稳定后,围护结构的温度仍然在继续上升,导致围护结构与空气(55℃)的温差越来越小,在对流换热系数不变的情况下,热流密度变得越来越小,就导致了墙体、地面温度下降得越来越慢。墙体大概会在空气温度稳定后10 个小时左右稳定在 52℃,地面大概会在空气温度稳定后 300 个小时左右稳定在 55℃,通过使用有限数值分析软件ANSYS对气候室地面以及墙体进行瞬态热分析计算获得其三维温度场分布结果,依据计算结果采用 MATLAB 进行曲线拟合得到表面面积积分温度平均值随时间变化曲线的函数关系。根据极端降温、极端升温时间计算方法,计算出常温工况降温(55℃→30℃,55℃→0℃)、常温工况升温(-42℃→0℃,-42℃→30℃)的时间,并将极端温度工况、常用温度工况的升降温时间以及墙体和地面温度稳定时间列于表5.1中: