围护结构热湿耦合传递模型及简便求解方法

刘向伟 陈友明 陈国杰 郭兴国 罗娜

摘 要：

为了预测围护结构内的温度和湿度分布，以连续变量，相对湿度和温度为驱动势，考虑热传递与湿传递之间的耦合作用，建立了围护结构热湿耦合传递非稳态模型，并提出了基于多物理场耦合仿真模拟软件COMSOL的热湿耦合传递模型简便求解方法。通过对比新建模型模拟结果与HAMSTAD标准验证实例，验证了模型及求解方法的准确性。

关键词：

围护结构；热湿耦合传递；相对湿度；含湿量

中图分类号：TU111.4

文献标志码：A 文章编号：16744764（2016）04000706

围护结构多由多孔介质材料构建而成，其内热传递与湿传递属于典型的多孔介质热质传递过程。1957年Philip等[1]首次提出以温度和含湿量为驱动势，考虑多孔介质材料内热传递、湿迁移及其耦合作用，建立了多孔介质材料热湿耦合传递模型。在Philip研究的基础上，Pedersen[2]，Liesen等[3]，Lu[4]，Belarbi等[5]，Zhong[6]，郭兴国等[7]，Chu等[8]，孔凡红等[910]，Qin等[11]，Leskovsek等[12]，Liu等[13]和Vasilyev等[14]分别建立了多孔介质材料的热湿耦合传递模型。尽管对围护结构内的热湿传递现象进行了大量研究，但由于围护结构热湿耦合传递模型为变系数偏微分方程组，高度非线性且相互耦合，如何简便求解围护结构热湿耦合传递模型仍是围护结构热湿耦合研究领域的一大难题。

目前，求解围护结构热湿耦合传递模型常用的方法是先将控制方程和边界条件用有限差分法[15]、有限容积法[16]或有限元法[17]进行离散，将偏微分方程组转化为代数方程组，然后设计算法，编程求解离散后得到的代数方程组，从而得到温度和湿度在离散点处的值。……