多外擾作用下雙層定型相變圍護結構動態(tài)傳熱機理研究

我國建筑能耗不斷攀升，到2030年，建筑能耗比例將升至約40%。提高圍護結構熱工特性是降低建筑運行能耗的重要手段之一。本項目將從理論上分析相變材料厚度、相變潛熱、相變溫度、比熱容、熱導率等因素對圍護結構傳熱的影響；建立考慮相變吸/放熱及熱物性參數變化的動態(tài)傳熱模型；搭建雙層定型相變圍護結構實驗房，進行動態(tài)熱特性實驗；在不同室外環(huán)境、室內環(huán)境及相變材料吸/放熱多外擾作用下，模擬和實驗研究該結構傳熱過程的規(guī)律，揭示相變材料對該結構傳熱過程的影響機理，為發(fā)展高效圍護結構提供理論支持。目前常見的單層定型相變材料?在室內或者室外使用往往只能在夏季或冬季發(fā)揮作用，為改善全年室內熱環(huán)境，降低全年建筑運行能耗，且減少墻體改裝面積，本項目提出一種新型的雙層定型相變墻體。具體做法為在建筑物外墻內外表面均添加定型相變材料板，外層相變板具有較高的相變溫度，在夏季發(fā)揮作用，內層相變板具有較低的相變溫度，在冬季發(fā)揮作用。本文中的雙層定型相變墻板用于建筑南外墻，該研究主要分析了相變材料厚度、相變溫度對建筑運行能耗和建筑室內熱環(huán)境的影響?最后根據節(jié)能率性及經濟性因素得出了相變墻板的推薦使用厚度及其對應的相變溫度，為該結構在建筑節(jié)能中的應用提供技術支持。雙層定型相變墻體能夠在夏季隔熱、冬季保溫，降低建筑物的運行能耗并提高了室內的熱舒適性。為了更有效地發(fā)揮相變墻體的作用，分析了雙層定型相變墻體在空調房間的使用效果，對比分析在裝有變頻空調和定頻空調 2 種房間的運行能耗，結果表明：在裝有變頻空調的房間，雙層定型相變墻體比普通墻體更加節(jié)能，變頻空調能更有效地發(fā)揮定型相變墻體的自動調溫作用。選取各氣候區(qū)典型城市的氣象數據作為模擬條件，對比相變房間與普通房間的模擬結果，分析定型相變墻體在各典型氣候區(qū)的適用性，同時得出節(jié)能潛力最大時對應的定型相變材料厚度及相變溫度參考值，為該結構的推廣應用提供參考。 2100433B

相變圍護結構可有效改善室內熱環(huán)境并降低建筑運行能耗，減小暖通空調系統裝機容量。針對現有單層定型相變圍護結構只能在單個季節(jié)發(fā)揮作用，以及在使用了暖通空調系統建筑中存在吸/放熱能功能受限的不足，本項目提出新型“三明治式”雙層定型相變圍護結構，利用其近似等溫吸/放熱及相變潛熱較大的特點可全年改善圍護結構熱工特性。本項目將從理論上分析相變材料厚度、相變潛熱、相變溫度、比熱容、導熱系數等因素對圍護結構傳熱的影響；建立考慮相變吸/放熱及熱物性參數變化的動態(tài)傳熱模型；搭建雙層定型相變圍護結構實驗房，進行動態(tài)熱特性實驗；在不同室外環(huán)境、室內環(huán)境及相變材料吸/放熱多外擾作用下，模擬和實驗研究該結構傳熱過程的規(guī)律，揭示相變材料對該結構傳熱過程的影響機理，為發(fā)展高效圍護結構提供理論支持。

本項目研究組合式相變材料均勻并且等速率固液和固固相變過程的傳熱機理。提出了“均勻等速相變傳熱”的理論構想并研究實現該構想的條件，將結果用于研究采用現存材料組合達到等速相變的傳熱過程。該傳熱過程不僅能夠實現熱能的等速利用而且熱效率比傳統相變提高１５－４０％。研究結果可形成強化傳熱的一種新方法，具有重要的理論價值和應用潛力。

路面摩擦學性能對道路安全和社會經濟有著重要的影響，輪胎與路面摩擦的作用機制復雜，是一個廣泛的固液多相間的物理化學和力學過程，影響因素眾多，在不同尺度下表現出不同的行為特征，缺乏對其機理的研究。 本研究依據納米摩擦學、表面界面科學、巖石力學等理論基礎，結合微宏觀表面模擬分析技術，在不同尺度上開展瀝青路面摩擦磨損性能仿真及試驗研究，對路面摩擦學性能的行為特征、作用、機理和影響因素等進行分析，為瀝青路面摩擦磨損性能的性能評估和壽命預測提供了有效的研究手段。 首先采用分子動力學模擬方法，確定了輪胎與路面摩擦接觸模型的初始結構——二氧化硅為固定基底和異戊二烯為勻速滑動單鏈結構。對輪胎與路面間的微觀摩擦學性能進行模擬分析。本文主要對摩擦學性能主要參數摩擦系數進行研究，分析速度、溫度與摩擦系數之間的關系。模擬結果顯示，摩擦系數隨著速度的增大而減小，且與溫度之間存在峰值關系。輪胎與路面的微觀摩擦不僅與表面勢能相關還和異戊二烯分子形態(tài)有關。 然后使用非接觸式光學表面輪廓儀采集不同集料的表面微觀構造形貌，計算多種反映表面形貌不同方面特征的參數，通過這些參數檢驗不同集料間的表面微觀構造差異性，并測量不同集料表面的抗滑性能，對集料表面的微觀構造特征與抗滑性能的演化進行關聯分析，建立集料微觀構造特征與抗滑性能的評價模型。 最后使用三角激光掃描技術對瀝青路面表面宏觀構造進行三維重構，針對現有的路面表面宏觀構造特征參數無法表征路面構造的三維分布形態(tài)的問題，提出一種新的三維表征方法，能夠可視化的展示路面宏觀構造的分布密度，并通過計算，準確反映宏觀構造隨構造深度的變化情況。在路面三維數值模型基礎上建立輪胎-路面接觸模型，結合數值模擬的方法分析路面集料宏觀尺度下的磨損退化規(guī)律。 2100433B