一维多孔墙体热湿耦合传递问题研究.docx

一维多孔墙体热湿耦合传递问题研究
随着建筑节能的日益提高，建筑的热湿传递问题也变得越来越重要。其中一维多孔墙体的热湿耦合传递问题尤为重要。本文将介绍一维多孔墙体热湿耦合传递问题的相关理论知识、数学模型和数值计算方法。
一、理论知识
1.热传递
热传递是指在温度差的作用下传递热量的物理过程。根据传热方式的不同，可以把热传递分为三种：传导、对流和辐射。
传导是指在同种物质或不同物质之间，由于温度差而引起分子固定位置的振动，在物体内部传递热量。传导热流量Q表示为：
Q=kA(T1-T2)/L
其中，k表示传热系数，A表示传热面积，T1和T2分别表示两个物体表面的温度，L表示两个物体表面之间的距离。
2.湿传递
湿传递是指在湿度差的作用下传递水分的物理过程。根据传湿方式的不同，可以把湿传递分为两种：蒸发和扩散。
蒸发是指水分从液态转换为气态，通过气态传递热量和水分。蒸发热流量Q表示为：
Q=mvh
其中，m表示蒸发的水分量，v表示水的摩尔体积，h表示蒸发的潜热。
扩散是指在气态中，水分沿着水分潜势的梯度传输。扩散通常表现为水蒸气的浓度梯度。扩散传质通量J表示为：
J=-D(dC/dz)
其中，D表示扩散系数，C表示水蒸气的浓度，z表示从表面到内部的距离。
3.物理模型
在一维多孔墙体的热湿耦合问题中，可以采用经典的物理模型，来描述热湿传递过程。其模型如下：
ΔT/Δt=(1/ρc)(∂(KΔT/Δz)/∂z+Q)
Δq/Δt=(1/ρw)(∂(DΔq/Δz)/∂z+H)
其中，ρ表示墙体材料的密度，c表示墙体材料的热容，K表示墙体材料的热传导系数，Q表示热源，D表示墙体材料的水分扩散系数，H表示湿源。
二、数学模型
在一维多孔墙体的热湿耦合传递问题中，采用有限差分法来建立数学模型，其模型如下：
ΔT(i)/Δt=(K(i+1/2)-K(i-1/2))(T(i+1)-T(i))/((δz^2)(ρ(i+1/2)c(i+1/2)))
+[(T(i+1)-T(i))/(δz)](K(i+1/2)+K(i-1/2))/(2(ρ(i+1/2)c(i+1/2)))
+Q(i+1/2)/(ρ(i+1/2)c(i+1/2))
Δq(i)/Δt=(D(i+1/2)-D(i-1/2))/(δz^2)(ρw(i+1/2))
(q(i+1)-q(i))/(δz)(D(i+1/2)+D(i-1/2))/(2ρw(i+1/2))
+H(i+1/2)/(ρw(i+1/2))
其中，K、D、ρ和c都是空间坐标的函数。
三、数值计算方法
在建立了一维多孔墙体热湿耦合传递问题的数学模型后，需要进行数值计算求解。通常有两种数值计算方法：显式方法和隐式方法。
显式方法需要在每个时间步长内先求解每个节点的温度和水分的变化，然后根据这些值来计算下一个时间步长的值。需要注意的是，显式方法具有较高的计算效率，但容易受到时间步长选择的影响，容易产生不稳定性问题。
隐式方法需要在每个时间步长内求解相邻节点间热和水分的耦合问题，用迭代方法求解一系列非线性方程来实现。隐式方法相对于显式方法具有更好的稳定性和精度，但需要较长的计算时间。
综上所述，一维多孔墙体热湿耦合传递问题是目前建筑热湿传递问题研究的重要方向之一。本文介绍了与其相关的理论知识、数学模型和数值计算方法，对于热工工程领域的相关研究具有一定的参考价值。