工 学 硕 士 学 位 论 文相变墙及相变窗的传热特性研究HEAT TRANSFERCHARACTERISTICS OF PHASECHANGE WALLBOARDS ANDWINDOWS王 青 青哈尔滨工业大学2012 年 7 月国 内 图 书 分 类 号 ： TK124国 际 图 书 分 类 号 ： 621.1.016工 学 硕 士 学 位 论 文相变墙及相变窗的传热特性研究硕 士 研 究 生 ： 王 青 青导 师 ： 阮 立 明 教 授申 请 学 位 ： 工 程 硕 士学 科 、 专 业 ： 工 程 热 物 理所 在 单 位 ： 能 源 科 学 与 工 程 学 院答 辩 日 期 ： 2012 年 7 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index： TK124U.D.C.： 621.1.016A Dissertation for the Degree of M. Eng.HEAT TRANSFERCHARACTERISTICS OF PHASECHANGE WALLBOARDS ANDWINDOWSCandidate： Wang Qing QingSupervisor： Prof. Ruan LimingAcademic Degree Applied for： Master of EngineeringSpeciality： Engineering ThermophysicsSchool of Energy Science &Affiliation: EngineeringDate of Defence： July, 2012Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随 着 人 们 节 能 环 保 意 识 的 增 强 ， 相 变 材 料 用 于 建 筑 结 构 中 越 来 越 受 到 人 们 的关注。这是因为相变材料应用于建筑中可以减轻由于外界气温变化产生的室内温度波动，减轻供暖和空调制冷对能 量 的 消 耗 。 本 文 采 用 数值方法建 模研究相变 墙 体 及 相 变 窗 户 ， 希 望 可 以 定 性 的 分 析 其 保 温 性 能 。首 先 本 文 利 用 显 热 容 法 建 立 伴 随 相 变 的 导 热 问 题 的 理 论 模 型 ， 利 用 有 限 体 积法 求 解 伴 随相变的导 热 微 分 方 程 ， 模拟墙体内的温度场 ， 从 而 分 析 相 变 墙 体 的保 温 性 能 。 本 文 所选取的 墙 体 模 型 为 一维三层墙体， 其 中 中 间 层 为相变材料，两 侧 为 普 通 墙 体 。 分 析了不同的相变层 厚 度 、 相 变 层 位 置 、 相 变 潜 热 、 相变温度 范围及不同的相变材料导 热 系数对相 变 墙 体 的 保 温 性 能 的 影 响 。 通 过 本 文 的分 析 可 以 定 性 的 确定适合用 于 墙 体 中的相变材料的物性 及 确 定 相变材料应置 于的 合 适 位 置 。然 后 本 文 通 过 求 解 辐 射 、 导 热 和 相 变 耦 合 换 热 来 模 拟 相 变 窗 户 的 保 温 性 能 。本 文 选 取 的 相 变 窗 模 型 为 一 维 三 层 模 型 ， 两 侧 为 普 通 玻 璃 ， 中 间 层 为 相 变 材 料 。采 用 有限体积法求解辐射传递方程 和 能 量 方 程 来 求解耦合问题， 对 由于相变产生 的 折射率变 化 做一定的 简 化 ， 达 到 在不对计算结 果 产 生 太 大 影 响 的 前 提 下 简化 计 算 的 目 的。分析了在模拟相 变 窗 内的温度场 时 辐 射 作 用 的 影响及太阳 照 射的 影 响 。关键词： 相 变 材 料 ； 耦 合 换 热 ； 有 限 体 积 法 ； 建 筑 节 能-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWith the enhanced awareness of energy saving and environmental protection,people have paid more attention to phase change materials for building structures,which is because the phase change materials used in construction can reduce thefluctuations of indoor temperature due to changes outside, so as to reduce the energyconsumption of heating and refrigeration. This article has used a numerical methodfor modeling the heat transfer characteristics of phase change wallboards and phasechange windows, in order to get qualitative analysis of its thermal insulationproperties.Firstly, we establish a suitable theoretical model for solving heat conductionproblem of the phase transition. Use finite volume method to solve the heatconduction differential equation and simulate the temperature field inside the wall.Thus we can get the insulation performance of the phase change wall. The wallmodel we chose is a one-dimensional three-layer one, which the middle layer isphase change material, with common walls on both sides. Analysis the influence bydifferent phase transition layer thickness, phase change layer position, latent heat,range of phase transition temperature and different thermal conductivity on theperformance of phase change wall insulation. Through the above analysis, we canqualitatively determine the appropriate properties and locations of phase changematerials used in the wall.This article simulates the thermal insulation properties of phase change windowsby solving the problem of coupling radiation heat conduction and phase change. Thewindow model we chose is a one-dimensional three-layer one, which the middlelayer is phase change material, with common windows on both sides. Use finitevolume method for calculating the radiative transfer and energy equations to solvethe coupled problem. Under the premise of less impact on the calculation results,simplify the refractive index in phase change.Compare the temperature fieldsimulated by this model with that by three-layer radiation-freer one to analysis theinfluence of radiation and irradiation while simulation the temperature field ofphase change window.Keywords phase change materials; coupled heat transfer; Finite Volume Method;building energy saving- II -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目 录摘 要 . IAbstract . II第一章 绪 论 . 11.1 课 题 研 究 背 景 及 意 义 . 11.1.1 引 言 . 11.1.2 相 变 材 料 的 分 类 . 11.1.3 相 变 储 能 建 筑 材 料 . 21.1.4 相 变 墙 和 相 变 窗 的 导 热 特 性 . 21.2 国 内 外 研 究 现 状 . 21.2.1 相 变 墙 .