含湿多孔蒸发制冷墙体分层传热及界面迁移机理研究

The wet porous evaporative cooled wall for building has been widely investigated due to the lower energy consumption. According to the wet content in the porous media, the porous layer can be divided as liquid saturated layer, unsaturated layer and gas saturated layer. There exists different characteristic of the flow and heat transfer in the different porous layer. The interface of the different moving layer in the wet porous wall and the evaporative cooling mechanism are unknown now. In this project, the effects of the heat and mass transfer in the porous layer on the cooling and the absorbing water of the wet porous wall are analyzed while there exists a liquid saturated layer,an unsaturated layer and a gas saturated layer in the porous layer. The characteristic and the moving of the meniscus evaporative interface between the liquid saturated layer and the unsaturated layer or the gas saturated layer, and the range change of the unsaturated layer in the porous layer are analyzed. The mathematics model on the heat transfer in the different porous layer and the interface moving in the wet porous evaporative cooled wall will be shown. The numerical analysis and the experiments will be conducted to verify the model and the numerical methods.. The influences of the pore size, porosity， particle size of the porous layer，the wet content in the porous media,the ambient conditions and the pressure of the supply water on the cooling and soaking-up water of the wet porous evaporative cooled wall will be analyzed. So, the heat transfer in the different porous layer and the interface moving in the porous media which influence the evaporative cooling and soaking-up water will be shown.

含湿多孔蒸发制冷墙体能耗低，已得到广泛研究。根据含湿量不同，将多孔介质层划分为液饱和区、非饱和区和气饱和区三个区域，各区域中的传热与流动特性存在较大差异。目前，含湿多孔墙体内三个区域的界面迁移及其影响墙体蒸发制冷特性的机理尚不清楚。本项目研究，多孔介质自吸液式和有压头水源供液的含湿多孔墙体，存在液饱和区、非饱和区与气饱和区动态分层时，流体在各个区域的热质传递机理，以及对墙体制冷和吸液特性的影响，侧重分析含湿多孔墙体液饱和区与非饱和区或气饱和区的毛细弯液界面特性及界面迁移，以及非饱和区域范围变化的机理，建立含湿多孔蒸发制冷墙体分层传热及界面迁移数学模型，进行数值计算和试验研究。分析多孔介质孔隙大小、孔隙率和粒径等物性、含湿率、环境因素和水源压头等对含湿多孔墙体蒸发制冷和吸液特性影响。通过上述研究，探索出含湿多孔墙体蒸发相变分层传热及界面迁移特性，以及对其蒸发制冷和吸液特性影响的内在机理。

建立了描述非饱和多孔介质热质迁移的数学模型，探索出环境参数对含湿多孔床内部非饱和场量的影响，以及它们与墙体蒸发制冷量之间的内在联系。利用引入液相饱和度达西方程描述非饱和多孔介质湿分迁移，得出了在外界环境条件变化下，孔隙率、粒径、饱和度和不同材料床层固体骨架，对多孔介质内温度、湿分含量的影响，以及蒸发（冷凝）速率随时间的变化。对含湿多孔层或陶瓷管材内热湿迁移及制冷特性进行了实验研究。. 将描述液体在含湿多孔陶瓷管中迁移Darcy 方程，与液体在毛细管内动量平衡方程相结合，利用哈根-泊肃叶定律得出非饱和多孔介质毛细升高与时间关系式，以及其最大毛细升高度的关联式。探索出了含湿多孔介质孔隙率、粒径和饱和度对非饱和多孔介质、含湿多孔陶瓷管的汲液特性即毛细升高特性，以及湿饱和与非饱和多孔层, 非饱和与干饱和多孔层分层特性的影响。基于Buckley–Leverett函数，从质量守恒定律和达西定律进行模型建立，得出以饱和度为参数含湿多孔层含湿量边界动态变化特性。. 实验和数值模拟相结合，探索出汲液式含湿多孔墙体制冷特性及受多孔管排列方式的影响。干燥气流通过被动蒸发多孔墙体的温度可降低5℃，起到部分空气调节作用。与平行排列组合墙体相比，在相同的工况条件下，通过交错排列蒸发制冷墙体气流的平均温度相对较低，含湿量相对较高。基于增广杨拉普拉斯方程的毛细弯液薄膜蒸发界面热质迁移的数学模型以及计算方法，并对纯流体工质的毛细弯液薄膜蒸发界面热质迁移特性进行了分析。此外，分析了多孔介质集热板式应用于太阳能烟囱与干燥传热与流动，以及在含湿多孔层中栽种植物时, 床层水分含量和温度分布受床层颗粒大小和环境气候条件等因素的影响。. 本项目将汲液式多孔介质应用于被动蒸发制冷墙体推广和应用提供指导，促进含湿多孔介质热学性能的研究。.