塑钢门窗热工性能分析及系统开发

• 作 者: 邹涛
• 出 处: 济南大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 塑钢门窗 热工分析 传热系数 有限差分 建模

面对建筑节能标准的不断提高,以及消费群体对个性化窗型需求的不断增加,门窗生产制造企业迎来了新的挑战,需要设计大量不同的新窗型,并进行热工分析和计算传热系数,以满足国家节能要求。而现有的门窗热工分析和传热系数计算工具,无法与设计、生产管理相结合,并且计算过程中存在一定误差、操作较为复杂,已经无法满足企业大规模生产的需要,无法支撑企业的快速发展。为解决上述问题,本文以塑钢门窗为研究对象,开展门窗热工性能分析相关研究,开发塑钢门窗热工分析系统,为企业适应当代社会的发展,提高门窗设计效率和准确性,降低成本,具有重要的理论价值和工程意义。首先,根据国内相关技术标准和门窗传热特点,对典型塑钢门窗节点结构进行分析,建立边框截面物理模型;基于二维稳态热传导计算理论中的有限差分法,分析边框传热特性,确定传热控制方程及相对应的边界条件;结合边框截面物理模型,采用外节点法,构建边框传热数学模型,借助MATLAB编程模拟计算,完成边框数值模拟。其次,在整窗物理模型的基础上,构建传热数学模型。基于边框截面等物理模型,根据传热计算方法,构建门窗边框内部封闭空腔、玻璃组件等关键结构的传热数学模型,求解传热系数;在传热学的基础上,分析不同介质交界处传热特点,提出传热计算方法,构建不同介质交界处传热数学模型;基于线传热计算理论,借助MATLAB模拟计算,完成边框传热系数和密封介质传热系数计算,并结合面积加权平均法,构建整窗传热数学模型,计算传热系数。再次,为了验证数学模型,进行门窗传热实验。基于塑钢门窗内表面温度实验法设计实验方案,借助Fluent流体仿真,优化并改进实验装置,提高其可靠性;通过搭建实验装置,进行门窗传热实验,并对实验数据进行计算处理;在同等条件下,对比实验结果与数值模拟结果。研究表明,建立的数学模型具有可行性。最后,根据传热数学模型,建立门窗热工分析系统。以Free CAD为基础平台,利用Python等语言编程将建立的数学模型融入到计算模块CCX中,二次开发计算分析模块,完善计算分析模块后处理界面,构建门窗热工性能分析系统;建立门窗三维模型,完成门窗传热计算。研究表明,建立的塑钢门窗热工分析系统,能够对整窗进行传热系数计算。