碳纤维电热地暖板热工性能研究

【摘要】： 近年来,随着科学技术的迅速发展,一种应用现代宇航技术开发生产的高效电热转换材料—碳纤维发热材料,开始应用于供暖系统,但目前还处于起步阶段,对其供暖的热工性能、舒适性、经济性都没有具体的研究。 本论文采用实验和模拟相结合的手段,实验研究碳纤维电热板供暖系统热工参数的动态特性,模拟计算研究该供暖系统形成的室内温度场和速度场分布情况。 首先,研究单块碳纤维电热板的发热机理,测试其电阻特性、热导率、伏—安特性、功率—表面温度的特性、碳纤维电热板表面温度的稳定性等。在研究单块电热板的基础上,研究碳纤维电热板应用于低温地板辐射供暖系统时的热工性能。实验测试碳纤维电热地暖系统的室内温度、地板表面平均温度、表面发热量、耗电功率、耗能等。然后按照设计规范,计算热负荷,选择碳纤维电热板的规格,计算所需碳纤维电热板的数量。模拟分析不同电热功率铺设条件下,室内的温度场和速度场分布情况。最后,本课题针对哈尔滨市的气象条件,应用技术经济学理论,从初投资、运行费用、年计算费用和投资回收期等方面来分析各种电采暖系统的经济性,指出碳纤维电热板在电采暖中的优势。 本文研究得出,碳纤维电热板采暖系统是一种良好的电采暖形式,有很广阔的应用前景。文章得出的结果对此系统的工程设计提供一定的理论依据,具有指导意义和实用价值。 【关键词】：碳纤维电热板 热工性能 模拟 经济性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU111.24
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-12
• 1.1.1 课题背景10-11
• 1.1.2 研究的目的和意义11-12
• 1.2 国内外的研究现状分析12-16
• 1.2.1 我国电采暖的前景及电采暖的形式12-14
• 1.2.2 国内关于电采暖的研究现状14-15
• 1.2.3 碳纤维导电发热材料国内外的研究现状15-16
• 1.3 碳纤维复合导电材料16-19
• 1.3.1 碳纤维复合材料导电性能16-17
• 1.3.2 面状发热碳纤维在采暖系统的应用前景17
• 1.3.3 面状发热板用碳纤维纸17-19
• 1.4 本课题的研究内容19-20
• 第2章 碳纤维电热板电热性能测试20-32
• 2.1 碳纤维电热板的结构20-21
• 2.1.1 碳纤维纸21
• 2.1.2 溴化环氧树脂玻璃布绝缘材料21
• 2.1.3 铜电极材料21
• 2.2 碳纤维电热板的制备21-22
• 2.3 碳纤维电热板的发热机理22-24
• 2.4 碳纤维电热板热电性能测试24-31
• 2.4.1 测试条件24
• 2.4.2 测试仪表简介24
• 2.4.3 电阻测试24-27
• 2.4.4 热导率27-28
• 2.4.5 碳纤维电热板的伏-安特性28
• 2.4.6 碳纤维电热板的功率-表面温度关系曲线28-29
• 2.4.7 碳纤维电热板表面温度稳定性研究29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 碳纤维电热地暖系统热工测试32-44
• 3.1 实验台及其测试仪表介绍32-33
• 3.1.1 实验台简介32-33
• 3.1.2 测试仪表33
• 3.2 实验原理33-34
• 3.3 测试方案34-37
• 3.3.1 测试条件34
• 3.3.2 碳纤维电热板的布置34-35
• 3.3.3 测试仪表布置35-36
• 3.3.4 测试方案36
• 3.3.5 测试步骤36-37
• 3.4 数据处理及分析37-43
• 3.4.1 升温过程测试37-40
• 3.4.2 标准状况测试40-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 碳纤维电热地暖系统的数值计算44-69
• 4.1 碳纤维电热地板表面发热量44-48
• 4.1.1 对流换热44-46
• 4.1.2 辐射换热46-48
• 4.2 传热模型的建立48-53
• 4.2.1 物理模型48-49
• 4.2.2 边界条件49-50
• 4.2.3 数学模型50-53
• 4.3 网格划分53-54
• 4.4 控制方程常用的离散方法及离散格式54-55
• 4.5 判断解的收敛性条件55-56
• 4.6 Airpark 软件介绍56
• 4.7 模拟计算结果及其分析56-67
• 4.7.1 碳纤维电热板的布置56-57
• 4.7.2 60W/m~2碳纤维电热板铺设模拟结果及分析57-63
• 4.7.3 30W/m~2碳纤维电热板铺设模拟结果及分析63-66
• 4.7.4 100W/m~2碳纤维电热板铺设模拟结果及分析66-67
• 4.8 本章小结67-69
• 第5章 碳纤维电热地暖系统经济性分析69-75
• 5.1 碳纤维电热地暖系统的经济评价69-74
• 5.1.1 基础数据69
• 5.1.2 各种形式电采暖的费用计算69-74
• 5.2 本章小结74-75
• 结论75-77
• 参考文献77-82
• 致谢82

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