袁鵬麗 王宗山 端木琳

大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部

火炕系統(tǒng)流動傳熱模型綜述

袁鵬麗 王宗山 端木琳*

大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部

火炕是我國北方農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用最廣泛的建筑采暖方式，由于火炕搭建依靠農(nóng)民經(jīng)驗，缺乏理論指導(dǎo)，常出現(xiàn)炕面溫度過高等現(xiàn)象。因此，為有效改善炕體性能，需深入研究火炕系統(tǒng)傳熱流動模型。本文在總結(jié)火炕模型的建立途徑的基礎(chǔ)上，從微觀與宏觀的角度得到火炕傳熱流動模型包括計算流體力學(xué)模型和熱平衡模型。分別介紹了各個模型的理論基礎(chǔ)、模型假設(shè)、參數(shù)選取以及模型驗證的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了目前存在問題并提出了下一步研究方向。

火炕 傳熱模型 計算流體力學(xué) 熱平衡

我國農(nóng)宅的商品能耗為1.77億標(biāo)準(zhǔn)煤，占建筑總能耗的26.1%，農(nóng)宅采暖能耗達到3.155億標(biāo)準(zhǔn)煤，是城鎮(zhèn)住宅的1.93倍[1]。因此北方農(nóng)村的能源問題亟需解決。在北方農(nóng)村地區(qū)，約85%的農(nóng)宅使用火炕采暖，其已成為應(yīng)用最廣泛的建筑采暖方式[2]。然而，由于火炕的搭建及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)置均憑農(nóng)民經(jīng)驗，缺乏理論指導(dǎo)，往往存在火炕倒煙、炕面涼或炕面過熱、室內(nèi)溫度低等現(xiàn)象。因此，學(xué)者們針對火炕進行了熱工性能研究、改進實驗研究以及經(jīng)濟快捷的模型研究。

本文通過對火炕及與火炕相似系統(tǒng)模型的文獻調(diào)研，總結(jié)了火炕系統(tǒng)模型建立的研究現(xiàn)狀，根據(jù)研究現(xiàn)狀展望下一步火炕系統(tǒng)模型的研究方向。由于火炕的工作原理與火墻（圖1[3]）、韓國的ondol（圖2[4]）及羅馬的hypocaust（圖3[5]）相似，因此該類相關(guān)文獻也有一定參考價值。

圖1　火墻

圖2　羅馬的hypocaust

圖3　韓國溫突形式

1　火炕系統(tǒng)模型的建立途徑

1.1計算流體力學(xué)軟件

采用計算流體力學(xué)方法可從微觀的角度分析火炕系統(tǒng)不同位置各參數(shù)分布。文獻[6～8]均利用Fluent對不同炕體設(shè)計進行性能模擬，得到優(yōu)化方案。文獻[9～11]則利用Airpak對火炕采暖室內(nèi)熱環(huán)境進行模擬。在與火炕相似的國外相關(guān)文獻中，Park T[12與]Oetelaar T[13]利用CFD軟件分別對韓國溫突的室內(nèi)熱環(huán)境及羅馬浴池加熱系統(tǒng)的室內(nèi)溫度分布進行了模擬分析。有學(xué)者利用火災(zāi)動力學(xué)模擬軟件FDS進行模型建立及模擬。張培紅等[14]利用FDS4.0模擬了不同結(jié)構(gòu)火炕炕面溫度、煙道進出口溫度及室內(nèi)空氣溫度。郝亞芬[15]等人利用火災(zāi)動力學(xué)模擬軟件FDS5.3對傳統(tǒng)火炕及火墻式火炕的煙氣流動特性進行分析，得到相關(guān)溫度分布云圖。

1.2編程

隨著計算機的發(fā)展，學(xué)者可獨立建立數(shù)學(xué)模型并編程進行計算，此方法能滿足該模型下的特定條件。沈陽建筑大學(xué)敖永安[16～17]等人利用VB可視化編程模擬得傳統(tǒng)火炕炕頭溫度過高，并提出在炕頭加換熱器的措施。高翔翔[18]在火炕及火炕建筑傳熱流動過程的數(shù)學(xué)模型描述完成下，利用Matlab建立了該火炕及火炕建筑的傳熱模型。莊智、李玉國[19]對架空炕的建筑耦合流動與傳熱過程建立了數(shù)學(xué)模型，利用onions方法對架空炕采暖系統(tǒng)傳熱與流動模型進行編程求解。Basaran T[20]利用有限差分法對古代里斯市的小型浴室的加熱系統(tǒng)進行了數(shù)值計算。Yang M[21]將炕體的溫度看作僅沿厚度變化，將各部分均看為一節(jié)點，從而根據(jù)節(jié)點間的熱平衡方程轉(zhuǎn)化為以下矩陣形式，根據(jù)該矩陣方程組進行編程迭代求解。

1.3能耗分析軟件

假設(shè)每一壁面及空間為均勻一點，建立了各個節(jié)點間的熱平衡方程。DeST求解建筑動態(tài)熱過程采用狀態(tài)空間法[22]，曲學(xué)明[23]則利用DeST軟件，將火炕所提供的熱量換算成設(shè)備功率對室內(nèi)熱環(huán)境進行模擬。孫娜[24]則利用Trnsys軟件，將火炕及火墻的散熱量作為內(nèi)擾對室內(nèi)熱環(huán)境模擬。Cao G[25]利用IDA-ICE 4.0軟件對火炕采暖系統(tǒng)性能進行了傳熱模擬。趙云兵[26]采用Designbuider軟件將炕體作為一固定內(nèi)熱源進行設(shè)置計算。

通過對火炕系統(tǒng)模型的建立途徑分析可得目前火炕傳熱流動模型主要從微觀與宏觀兩方面建立：計算流體力學(xué)模型和熱平衡模型。

2　計算流體力學(xué)模型

2.1模型理論基礎(chǔ)

火炕系統(tǒng)流動傳熱模型包括煙道和室內(nèi)的流動傳熱，以煙氣和空氣微元體為對象進行模型建立。因此，采用計算流體力學(xué)方法，煙氣和室內(nèi)空氣的微元能量守恒描述為[27]：

式中：ρ為流體密度，kg/m3；T為微元體溫度，K；t為時間，s；λ為流體導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；cp為流體的定壓比熱容，J/(kg·K)；u、v、w分別為x、y、z方向的煙氣流速，m/s；ST為源項。

動量守恒方程反應(yīng)了流體流速，而在求解模型時所需的邊界條件由動量守恒方程決定。以三維模型為基礎(chǔ)，火炕內(nèi)煙氣以及室內(nèi)空氣的流動方程為[27]：

由于火炕煙道內(nèi)高溫?zé)煔獾臍怏w輻射作用，則煙氣輻射模型也需考慮在內(nèi)：

式中：κd為煙氣的吸收系數(shù)；σd為煙氣的散射系數(shù)；Ib,d為煙氣的發(fā)射項；φ(s,s′)為散射的相位方程，表示從s′到s方向上的散射強度。

根據(jù)火炕特點對以上控制方程進行不同模型選取包括標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε，其中后兩種模型是為了彌補標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的缺陷而進行修正的模型[28]。

在有關(guān)火炕煙氣傳熱流動模型中，莊智[29]分別對三種模型進行計算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Realizable k-ε模型有著穩(wěn)定的收斂性和較高的精度，因此在炕體的流動與傳熱計算中選用Realizable k-ε模型。趙云波[30]對煙道流動選取RNG k-ε模型進行分析。以火炕室內(nèi)熱環(huán)境為主的模型中，通常選用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型。

2.3模型參數(shù)的確定

火炕系統(tǒng)的模型參數(shù)包括煙氣溫度和流速、換熱系數(shù)以及炕面溫度。在計算流體力學(xué)模型中，此類參數(shù)與邊界條件的設(shè)置有關(guān)。

1）煙氣參數(shù)。在計算流體力學(xué)模型下，火炕模型的煙氣進出口流速及溫度為必要的邊界條件。文獻[8，15，20]將煙氣進口流速及溫度設(shè)為定值，只研究此溫度下的炕體變化，無法反應(yīng)整個火炕的運行過程。莊智[29]在對炕體傳熱和流動的模型計算中，考慮了煙氣進口流速和溫度的變化性，得到非穩(wěn)態(tài)傳熱結(jié)果。

2）換熱系數(shù)。采用計算流體力學(xué)模型的文獻中，Oetelaar T[13]在對羅馬傳統(tǒng)浴池加熱系統(tǒng)的模型建立中，選取煙道內(nèi)對流換熱系數(shù)為2W/(m·2K)，由于煙道的狹小空間，該換熱系數(shù)的取值比正常值偏小，因此在之后的模擬中選取了被加熱的墻壁及地板與室內(nèi)空氣的對流換熱系數(shù)為7W/(m2·K)，而普通墻體對流換熱系數(shù)的選取中，將豎直板的換熱系數(shù)選取為4W/ (m·2K)。

3）炕面溫度。文獻[11，26，34]在模型建立時假設(shè)火炕具有穩(wěn)定散熱量或穩(wěn)定溫度。王奕男[36]將火炕分為三個區(qū)域，分別對三個區(qū)域進行溫度分布模擬。

2.2假設(shè)條件的選取

通常假設(shè)室內(nèi)空氣為不可壓縮流體或室內(nèi)空氣滿足Boussinesq假設(shè)。

炕板內(nèi)表面與炕道內(nèi)的煙氣產(chǎn)生對流換熱，與炕道各壁面間及炕內(nèi)灰分形成輻射換熱，煙道內(nèi)的高溫?zé)煔庖残纬闪藲怏w輻射，而在炕體的傳熱和流動模型中，文獻[31]將炕內(nèi)煙氣的氣體輻射忽略，僅考慮了炕體內(nèi)表面與其對面炕板之間的輻射換熱。張培紅、李剛[14，32]在對傳統(tǒng)火炕供暖系統(tǒng)的模擬中，考慮了煙氣輻射，但在模型對于煙氣輻射熱量的作用未知。文獻[18]假設(shè)條件中認(rèn)為煙氣排出過程中，通過圍護結(jié)構(gòu)的散熱忽略不計，而文獻[33]有關(guān)炕體熱量分布的研究結(jié)果表明，炕道內(nèi)煙氣中有12.6%的熱量通過炕外墻及地面層流失，該部分熱量對模擬結(jié)果的影響需進一步研究。

文獻[11，26，34]僅涉及火炕建筑熱過程，將炕板內(nèi)表面與火炕內(nèi)煙氣的傳熱流動過程忽略，因此在模型建立時假設(shè)火炕具有穩(wěn)定散熱量或穩(wěn)定溫度，未考慮火炕運行的間歇性。文獻[35，36]對炕、散熱器及火墻采暖房間的室內(nèi)熱環(huán)境進行模擬的過程中，假設(shè)該傳熱為穩(wěn)態(tài)，并忽略了封閉空間內(nèi)的輻射換熱作用?；鹂槐砻鏈囟雀哂趪o結(jié)構(gòu)壁面溫度，有研究表明火炕提供的輻射換熱量占總散熱量的65%[37]。因此，在火炕建筑傳熱模型建立中，應(yīng)充分考慮火炕表面的輻射換熱作用。

2.4模型的驗證

建立模型方法能經(jīng)濟快捷地預(yù)測出不同參數(shù)下的變量變化，因此該模型的正確與否需通過驗證進行判定。經(jīng)過近20年的研究，基本上發(fā)展出一套建筑熱環(huán)境模擬分析程序驗證系列方法，主要包括以下三種驗證方法：理論驗證、程序間對比驗證和實驗驗證[38]。

在利用計算流體力學(xué)軟件模擬的文獻中，進行實驗或理論驗證的文獻較少。文獻[14，15]以火炕表面溫度為指標(biāo)對模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行驗證，結(jié)果表明模擬值與實測值在所接受范圍內(nèi)，驗證了模型的合理性。馮革宇[39]利用數(shù)值模擬對炕體進行了不同結(jié)構(gòu)的分析優(yōu)化，而在優(yōu)化時所采用的數(shù)學(xué)模型未進行驗證，無法準(zhǔn)確說明該模型的正確性。

3　火炕及火炕建筑熱平衡傳熱模型

熱平衡傳熱模型是從宏觀角度得到的，該熱平衡模型的建立可借助于編程軟件，也可借助于一些以熱平衡為基礎(chǔ)的軟件，如 DeST，TRANSYS，Designbuilder，IDA-ICE等。

3.1模型的理論基礎(chǔ)

火炕及火炕建筑熱平衡傳熱模型包括煙道內(nèi)煙氣熱平衡方程、炕板傳熱、各圍護結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱、火炕與圍護結(jié)構(gòu)的輻射換熱、各圍護結(jié)構(gòu)之間的輻射換熱、室內(nèi)空氣與壁面的對流換熱以及室外與各圍護結(jié)構(gòu)的換熱。因此，根據(jù)以上傳熱過程建立火炕系統(tǒng)熱平衡的傳熱模型：

1）煙氣熱平衡方程

該熱平衡方程可將該火炕系統(tǒng)分為多個區(qū)域。而目前的研究中，莊智[31]與Wang P S[3]均將該系統(tǒng)分為三個區(qū)域，即灶、炕體、煙囪，假設(shè)每個區(qū)域的氣體混合均勻，則建立的熱平衡方程為：

式中：m為煙氣的質(zhì)量流量，kg/s，其計算方法是通過分析煙道系統(tǒng)的壓力與阻力之間的關(guān)系求得的，參考文獻[29]；T0為灶進口空氣溫度，K；ca為空氣的比定壓熱容，J/(kg·K)；Ak為炕板內(nèi)表面面積，m2；E為考慮鍋灶散熱后的熱源強度，W；T1為灶內(nèi)煙氣溫度，K；T2為炕體內(nèi)煙氣溫度，K；T3為煙囪內(nèi)煙氣溫度，K；Tki為炕板內(nèi)表面溫度，K；hks為炕板內(nèi)表面的傳熱系數(shù)，W/ (m2·K)。

然而，隨著煙氣流動，煙道內(nèi)不同區(qū)域的煙氣溫度不同，因此應(yīng)將炕體劃分為多個區(qū)域以保證每一區(qū)域的煙氣溫度均一。

2）火炕建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱模型

對于圍護結(jié)構(gòu)的邊界條件需根據(jù)室內(nèi)外各熱量平衡建立。因此，根據(jù)室內(nèi)外各熱量分布建立圍護結(jié)構(gòu)的第二類邊界條件：

式中：ρw為圍護結(jié)構(gòu)的材料密度，kg/m3；λw為材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；cpw為材料的定壓比熱容，J/(kg·K)；Tw為圍護結(jié)構(gòu)節(jié)點溫度，K；Twi為圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度，K；qs為圍護結(jié)構(gòu)接受太陽輻射熱量，包括太陽直射輻射和天空散射輻射，W/m2；qR為圍護結(jié)構(gòu)外表面所吸收地面反射輻射量W/m2；qconv為圍護結(jié)構(gòu)外表面與室外空氣間的對流換熱量W/m2；qLWR為圍護結(jié)構(gòu)外表面與周圍環(huán)境間有效長波輻射換熱量，W/m2；hwi為圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)；qMRTw為圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的輻射換熱強度，W/m2。

（3）炕板傳熱過程

式中：Tg為火炕煙道煙氣溫度，K；qMRTk為火炕內(nèi)表面與炕道內(nèi)其他壁面的輻射換熱，W；qg為煙道內(nèi)高溫?zé)煔馀c炕板內(nèi)表面的輻射換熱，W；其他相關(guān)參數(shù)與上述圍護結(jié)構(gòu)意義相同。

4）室內(nèi)空氣平衡

假設(shè)室內(nèi)空氣溫度均勻，是單一的節(jié)點溫度，它主要接受來自圍護結(jié)構(gòu)（墻體、窗戶、門屋頂）、火炕及室內(nèi)其他熱源的對流和輻射換熱以及太陽輻射得熱、室內(nèi)外通風(fēng)換熱量。因此，室內(nèi)空氣的熱平衡方程為：

式中：ρa為室內(nèi)空氣密度，kg/m3；Ca為室內(nèi)空氣比熱容，J/(kg·K)；V為房間容積，m3；qwall為墻體與室內(nèi)空氣的對流換熱量，W；qroof為屋頂與室內(nèi)空氣的對流換熱量，W；qkang為火炕表面與室內(nèi)的對流和輻射換熱量，W；qwin為通過窗戶的散熱量，W；qdoor為通過門向室內(nèi)的散熱量，W；qvent為室內(nèi)外通風(fēng)換熱量，W。

以上熱平衡模型被廣泛應(yīng)用，而對于炕板傳熱方程中，通常忽略了煙道內(nèi)高溫?zé)煔獾妮椛渥饔靡约翱话?、炕墻以及土灰層的蓄熱作用。本課題組在以上研究的基礎(chǔ)上，則建立了將高溫?zé)煔獾妮椛渥饔眉巴粱覍有顭嶙饔每紤]在內(nèi)的火墻式火炕的傳熱模型[40]。

3.2模型參數(shù)的確定

3.2.1煙氣參數(shù)

熱平衡模型下的煙氣參數(shù)通常以火炕系統(tǒng)所劃分的不同區(qū)域確定，將同一區(qū)域內(nèi)的煙氣參數(shù)認(rèn)為是均一的。Yates.A.P在對火炕模塊化的過程中，仍將系統(tǒng)各個組成的溫度分布假設(shè)為均勻的[41]。隨著煙氣流動，煙道內(nèi)不同區(qū)域的煙氣溫度不同，將炕體視為一個區(qū)域無法反應(yīng)煙道內(nèi)煙氣的真實情況。因此應(yīng)將炕體劃分為多個區(qū)域以保證每一區(qū)域的煙氣溫度較均一。

3.2.2炕面溫度

農(nóng)村炕體外表面溫度表現(xiàn)為炕頭熱、炕梢涼的現(xiàn)象，炕頭溫度可達到40℃以上，炕頭與炕梢溫差能達20℃[42]。然而，Zhuang Z，Li Y[43]在對炕體蓄熱特性的研究中，將炕體表面溫度假設(shè)為均一分布。為了有效提高計算準(zhǔn)確性，本課題組徐策[40]在對火墻式火炕模型的建立時則將火炕平均分為9塊，假設(shè)每塊的溫度分布均勻。

3.2.3換熱系數(shù)

獨立所建的數(shù)學(xué)模型的編程計算方法中，換熱系數(shù)的選取依據(jù)文獻[44]。

1）對流換熱系數(shù)

對于整個火炕系統(tǒng)而言，由于該對流換熱發(fā)生在封閉的小空間內(nèi)，煙氣與壁面則產(chǎn)生類似受迫對流換熱的同時也存在著局部的自然對流換熱[3]。因此綜合的Nu為：

判斷自然對流和受迫對流大小影響的指標(biāo)為Gr/Re2，若Gr/Re2≥0.1時自然對流的影響不能忽略，而Gr/Re2≥10時受迫對流的影響相對于自然對流可以忽略不計[44]。煙氣與炕板內(nèi)表面的受迫對流準(zhǔn)則關(guān)系式為：

式中：定性溫度取平均溫度Tm=(Tw+Tf)/2，其中Tw為炕板內(nèi)表面溫度（K），Tf為周圍流體溫度（K）；定性尺寸L為平板長度，m。

炕板內(nèi)外表面的自然對流可依據(jù)冷板其表面朝下或熱板其表面朝上的換熱準(zhǔn)則式[45]：

圍護結(jié)構(gòu)壁面與室內(nèi)空氣的對流換熱系數(shù)的計算準(zhǔn)則式可根據(jù)外掠水平板與豎直平板進行計算。其中地板與屋頂可依據(jù)文獻[44]選取。

墻體與室內(nèi)空氣的對流換熱準(zhǔn)則式為：

式（21）中系數(shù)的選取見表1。

表1　豎直平板系數(shù)選取

文獻[18，41]將火炕建筑熱過程中的對流換熱系數(shù)取為一變化范圍，根據(jù)以上原始對流換熱系數(shù)計算可得，對流換熱系數(shù)與溫度變化有著密切聯(lián)系。因此在火炕模型中，對流換熱系數(shù)的選取應(yīng)遵循隨溫度變化的原則。

2）輻射換熱系數(shù)

在火炕系統(tǒng)模型中，文獻[35，36]忽略了封閉空間的輻射換熱。輻射換熱主要存在于壁面之間、高溫?zé)煔馀c炕體的輻射換熱。而在多數(shù)的文獻中，僅指明了火炕系統(tǒng)傳熱模型中壁面之間的輻射換熱的計算方法。

假設(shè)兩壁面分別為i和j壁面，對于兩個不同壁面之間的輻射換熱量采用長波輻射換熱系數(shù)的方法來計算。因此輻射換熱系數(shù)計算式為[21]：

式中：σb為黑體輻射常數(shù)，其值為5.67×10-8；Ti，Tj為i和j壁面的熱力學(xué)溫度，K；εi，εj為兩壁面的發(fā)射率；Xi,j為兩表面之間的角系數(shù)；Fi，F(xiàn)j為壁面的表面積，m2。

Yates A P[41]在建立火炕與房間之間的傳熱模型時，將炕面與圍護結(jié)構(gòu)之間的輻射換熱系數(shù)設(shè)定為6W/(m·2K)。對于高溫?zé)煔馀c炕板之間的輻射換熱量，目前較少文獻考慮。本課題組將炕板、煙氣與土灰層假設(shè)為兩表面間充滿輻射性氣體的封閉系統(tǒng)，利用電模擬系統(tǒng)圖來分析高溫?zé)煔獾妮椛渥饔肹40]。

3.3假設(shè)條件的選取

在熱平衡模型的建立中，不同文獻對火炕熱平衡模型的假設(shè)條件不同。文獻[29]中忽略了人員、照明、設(shè)備及潛熱變化對室內(nèi)的散熱作用，且認(rèn)為火炕內(nèi)部的煙氣溫度分布均勻。

文獻[25]集中對火炕周邊區(qū)域的熱環(huán)境及熱舒適進行研究，其中對火炕熱源假設(shè)為不同時刻下熱效率的變化函數(shù)，該函數(shù)反映了從燒炕開始到燒炕結(jié)束的熱源變化。

式中：P為火炕熱源功率，W；E為燃料燃燒熱值，J；t為時間，h；η1、η2分別燃燒系數(shù)和炊事系數(shù)。

3.4模型的驗證

文獻[18]利用Matlab編程進行火炕系統(tǒng)模型的數(shù)值計算，以室內(nèi)空氣溫度及炕面溫度為指標(biāo)，將數(shù)值模擬結(jié)果與實驗測試結(jié)果進行對比驗證，得到其平均誤差在4%以內(nèi)。本課題組在所建立的火炕及火墻式火炕模型結(jié)果計算的基礎(chǔ)上，以炕板溫度為指標(biāo)，與實測結(jié)果進行對比得模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的平均誤差相比以往模型的誤差有所提高[40]。

在火炕系統(tǒng)模型驗證中，通常采用實驗方法進行模型驗證。由于模型求解時的假設(shè)條件與實際運行情況不一致，則會導(dǎo)致模擬結(jié)果與真實結(jié)果產(chǎn)生一定誤差，如柴灶內(nèi)燃燒功率和炕體熱源的處理上存在誤差、簡化上下表面為穩(wěn)態(tài)傳熱、未考慮人為活動因素對炕體及室內(nèi)的影響。為能使模型的建立充分反應(yīng)實際情況，需將部分可實現(xiàn)求解的假設(shè)條件考慮在內(nèi)，如非穩(wěn)態(tài)傳熱、輻射換熱、人員和設(shè)備散熱的影響等。

4　結(jié)論

綜上所述，本文對火炕系統(tǒng)模型進行了綜述，得到了以下結(jié)論與展望：

1）在模型建立中，部分文獻中的模型假設(shè)與火炕實際條件不符。目前未見有各種假設(shè)對火炕系統(tǒng)傳熱流動的模擬計算結(jié)果影響的相關(guān)研究。

2）在熱平衡模型及僅考慮火炕建筑熱過程的計算流體力學(xué)模型中，大多將煙氣及炕面參數(shù)視為均一，未考慮火炕內(nèi)煙氣溫度及流速的變化影響；火炕內(nèi)高溫?zé)煔獾妮椛渥饔醚芯枯^少。

3）在對火炕系統(tǒng)模型驗證中，通常采用實驗方法進行模型驗證。由于模型求解時的假設(shè)條件往往與實際運行情況不一致，則會導(dǎo)致模擬結(jié)果與真實結(jié)果產(chǎn)生一定誤差。

4）通過對火炕系統(tǒng)模型的全面分析可知今后的研究方向：將炕體劃分為多個均勻區(qū)域的傳熱模型的求解驗證、火炕模型假設(shè)條件對模擬結(jié)果的影響研究、模型驗證后的影響因素及敏感性分析。

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The Flow and Heat Trans fer Model of the Kang System-A Review

YUAN Peng-li,WANG Zong-shan,DUANMU Lin*
Faculty of Infrastructure Engineering,Dalian University of Technology

Kang is the most widely used construction heating mean in rural areas in northern China.Because kang built all rely on the experience of farmers and lack of theoretical guidance,the phenomenon such as back flow always appears. Therefore,in order to improve the performance of the kang body effectively,the heat and flow model for the kang should be studied deeply.The summary of the establishment method of the kang model showed that the heat and flow model of kang contained the computational fluid dynamics and heat balance model from the microcosmic and macroscopic.The research status of the theoretical basis system model,assumptions,parameters selection and the model validation of the kang system were introduced and the existing issues were summarized,which can provide the basis for the next research direction.

kang,heat transfer model,computational fluid mechanics,heat balance

1003-0344（2015）06-031-7

2014-12-25

端木琳（1959～），女，教授；大連理工大學(xué)綜合實驗4號樓（116023）；0411-84709612；E-mail:duanmu@dlut.edu.cn

國家自然科學(xué)基金資助項目（No.51178074）