以提高热舒适和热效率为目标的大花洞火炕烟道构造优化设计研究

发布时间：2020-07-23 15:45

【摘要】：随着我国经济的不断发展,农村牧区居民生活水平的不断提高,农牧民对居住建筑室内热舒适度的要求也越来越高,这也成为乡村振兴战略要实现的目标之一。火炕是农牧民为满足生活需要和冬季室内供暖而广泛采用的一种类似床的设施。各地区基于民间经验为主砌筑的不同类型火炕,普遍存在炕面温度不均匀“炕头热、炕梢冷”、热舒适度差和能耗大、热效率低等问题。因此,如何有效的结合自然和已有条件,为农牧民构建热舒适度良好和热效率提升的火炕是论文研究解决的核心问题。本文梳理了国内外关于居住建筑火炕热舒适度和热效率的相关研究成果,以内蒙古东部地区新巴尔虎左旗、科尔沁右翼中旗、扎赉特旗、太仆寺旗和喀喇沁旗和开鲁县等地区广泛使用的大花洞火炕为基础,以炕洞进烟口到出烟口的整体炕洞为研究对象。首先,根据实地调研建立典型大花洞火炕模型,利用流体力学VENT软件和ANSYS模拟技术对现状火炕热舒适度和热效率进行分析,得出:现状火炕的炕洞内烟气流场面积减小,烟气流速分布的均匀度较差且在整个炕洞内有大面积的涡流区域;高温烟气进入炕洞内部以后,接近炕板层的烟气温度较低,烟气向炕板传递的热量较少,排烟温度偏高。这些因素导致现状火炕的热舒适度较差、热效率低。结合建筑热工学和流体力学的相关知识分析炕洞内部烟气流场分布状况,对现状火炕烟道布局形式进行改进,根据“前引后导”的布置原则,合理设置分烟墙和导烟墙,目的是使烟气流场分布有利于提高热舒适度和热效率,最终精选出两个火炕模型。利用流体力学VENT软件和ANSYS模拟技术对精选的两个火炕模型的烟气流场和温度变化进行分析,得出:相比于现状火炕,改进火炕炕洞内涡流区域面积大幅减小,且在整个炕洞内高温烟气的流速分布更加均匀,流场面积扩大;同时提高了接近炕板处的烟气温度,使得改进火炕有更多的高温烟气热量被炕板吸收,进而提高炕面板的温度,同时排烟损失也有所降低,说明改进后火炕在热舒适度和热效率方面都得到了明显改善。本文使用的模拟技术为改进火炕的热舒适度和热效率研究提供了一种新的模拟方法和技术支持,也为新型火炕砌筑提供了依据。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU832
【图文】：

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内蒙古科技大学硕士学位论文Jaakko Saastamoinen[16]以理论和实验相结合的方式对火炉的热工性能进行研究，通过一种简便的计算方法对生成碳元素质量进行计算，来推导烟气质量流速，并证明了通过适当的降低火炉的燃烧速率，可以使壁面达到更好的蓄热散热效果。（2）启示和借鉴意义1.4.2 国内火炕热舒适度和热效率研究现状随着国家对农村居住建筑环境的日益重视，越来越多的学者开始重视农村火炕的研究。根据中国知网上的数据显示，以火炕为主题进行检索，对火炕的论文发文量进行计量可视化分析，检索结果如图 1.1 所示，截止 2019 年，虽然近几年来火炕的研究量呈下降趋势，但总体的发文量呈上升趋势。

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布作为平均烟气流速、判断有烟气流动的指标；将高于 0.4m/s 的烟气板面积的百分比作为判断炕洞内部烟气流动均匀性的指标。当高于 0炕洞中分布的较为广泛时，认为炕洞内部烟气流动的较为均匀，的烟气在炕洞中分布较为广泛时，则认为有较大区域没有烟气流经，有较大区域的温度偏低，炕洞内烟气流速分布的均匀度差。热舒适度2）炕洞内涡流区域面积处于同一水平剖切面的不同炕洞形式作为分析对象，将有逆向涡流流认定为涡流区，涡流区面积在整个炕洞平面中所占的面积比例作为炕动流场均匀性的评价指标，在同一水平面内涡流区域分布的面积越大场分布的均匀度越差，进而影响火炕的热舒适度。根据建筑物理知识流或回流的出现是由于相邻区域存在压力差导致。烧炕时，涡流现象炕的进出烟口流动不顺畅，出现“呛烟”的现象，由此，涡流区面积定了烟气流场的均匀性和顺畅性，进而在很大程度上影响炕面的热舒

火炕,数据来源,作者

内蒙古东部地区调研火炕分布（数据来源：作者改绘）

【参考文献】