Comsol南北通透的

房间散热计算

       

关键词：房间散热；流-热耦合；仿真模型；数值计算

1 南北通透的房间散热

         

1.1 南北通透

南北通透，是一个房产术语。一般来说，一栋住宅建筑的设计都会将主要房间的朝向来作为房屋的朝向，而通常情况下，大多数房屋在设计时都会把主要房间的朝向为南向，把次要房间的朝向为北向。这一布局所形成的既有南向房间又有北向房间的户型，即称之为“南北通透”户型。南北通透房间的特点是：

1、采光好。朝南的房屋可以能够获得更多的阳光！一般朝南或者是朝北的户型只有一面采光，而南北通透户型则是两面采光，即便是在阴天，房屋内光线也会显得比较明亮。

2、通风效果极佳。南北通透户型房屋，一户人家朝南朝北均有开窗的房间，可在整户房子里形成空气南北对流，即随时有新鲜空气进入，不会隐藏秽气。

3、视野多样。不是南北通透户型的房屋，因为窗户都开在一边，甚至都在一条平行线上，看不到更多风景。而南北通透的房屋则可看到两边的风景，视野更为广阔。

         

图1. 南北通透户型

         

1.2 室内散热方式

      （1）合理利用通风是室内散热的一种重要方式。通过开窗门，让室内外的空气进行交流，可以有效地排除室内的热量。建议在清晨和傍晚时分开窗通风，因为这时室外气温较低，空气也相对较为清新。

      （2）可以使用通风设备进行室内散热。例如，可以安装吊扇或立式风扇，通过强制对流的方式将室内热空气往外吹，促进空气流动。在选择风扇时，要考虑到噪音、风速和风向的可调节性等因素，以保持舒适的散热效果。

      （3）使用空调设备也是适宜的范围内，既能保持舒适度，又能避免能源浪费。还可以通过调节室内的遮阳措施来减少室内的热量。例如，可以使用遮阳帘、窗帘或百叶窗等遮挡阳光直射进室内，避免阳光直接照射物体产生热量。同时，遮阳措施还可以降低室内的光照强度，提供一个更为舒适的室内环境。

      （4）适当布置室内的物品和家具也可以起到散热的效果。避免家具和物品密堆在一起，以免产生热量积聚；定期清理灰尘，确保散热面的通畅；合理摆放可以增加空气流通的空隙，有利于热量的散发。另外，适当增设室内的绿植也可以帮助室内散热。绿植通过蒸腾作用可以释放大量的水蒸汽，带走热量，并且还可以释放氧气，改善室内空气质量。

      （5）增加室内的隔热措施是防止室外热量进入室内的有效方法。可以使用隔热材料对墙壁、天花板和地面进行保温处理，减少室外热量通过固体导热传导进入室内。此外，选择适合的建筑材料和颜色也可以降低室内温度。

      总结起来，室内散热的方法包括合理利用通风、使用通风设备、使用空调设备、调节室内遮阳、适当布置物品和家具、增设绿植以及增加隔热措施等。通过采取这些方法，可以有效地降低室内温度，提供一个舒适凉爽的居住环境。

2 物理模型

根据某栋楼层房间的CAD设计图纸绘制Comsol房间模型，房间内部设置发热源，具体简化模型如图2所示。计算过程需设置空气和热源的导热系数、比热容、密度和动力粘度，为了结果的准确性，以上参数均从相关论文资料以及现有实验数据中获得，如图3所示。

         

图2. 物理模型

         

图3. 材料参数

3 物理场边界条件

选择层流和固体流体传热模块进行房间的气流场和温度场模拟，房间热源设置发热功率10W，房间入口边界采用速度边界条件，入口流速均为0.1m/s，房间出口采用压力边界条件，出口压力为0Pa，房间内部壁面设置为内部壁面，详细物理场边界条件设置如图4所示。

         

图4. 物理场边界条件

根据有限元法的求解原理，剖分越精细，求解越准确，数值计算前通过网格划分对模型计算区域进行离散化处理，采用非结构网格对模型进行划分，网格质量分布如图5所示。

         

图5. 计算网格质量分布

4 结果展示

计算模型采用稳态全耦合求解器进行求解，通过计算得到温度场、速度场、流线和压力分布如下所示。

       

图6. 温度分布

       

图7. 速度分布

       

图8. 压力分布

       

图9. 速度箭头分布