沙疗室加热系统的优化与仿真

发布时间：2017-07-26 09:21

  本文关键词：沙疗室加热系统的优化与仿真

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【摘要】：室内沙疗室相对于天然沙疗场不会受天气、环境、地理位置等因素的影响。而且可以根据患者或医生的要求人工控制室内的温度、湿度、辐照度、沙疗时间等条件,使沙疗起到更好的效果。因此室内沙疗室的建立和热物理模型的优化就显得尤为重要。国内外对沙疗室的研究比较少,目前对沙疗室的研究存在以下问题。首先人们对沙疗室加热过程只是针对某一种换热形式进行数值仿真,而沙疗室加热过程是多种换热方式的耦合作用。这也是导致数值仿真和实际结果误差大的原因之一。其次大多研究忽略了对沙体温度的研究,沙疗效果的好坏关键在于沙体层温度是否处在最适宜的沙疗温度;埋沙层的沙体垂直温度分布是否均匀。最后沙疗室的加热效率和能耗控制是一直以来不断探索的问题。针对目前沙疗室加热系统存在的问题,笔者通过实验研究和数值仿真相结合的方法。根据计算流体力学和数值传热学的原理,利用计算机仿真技术,建立三维热物理模型。沙疗室传热过程中空气层采用辐射和自然对流耦合的换热方式,沙体层主要采用热传导方式进行数值仿真。经过研究发现数值仿真结果和实验结果吻合良好。其次分析了在顶面辐射灯加热条件下,不同加热高度下耦合换热过程中空气层的温度场和速度场变化,沙体层温度场的变化。同时在双面定向加热条件下,对沙体受热耦合层及热流密度曲线进行分析,揭示了加热过程中沙体传热的规律,确定沙层垂直温度分布的影响因素。最后对比了不同加热高度、不同加热方式对加热效率的影响,并对能耗进行计算对比。研究发现加热高度的变化改变了沙表面的辐照度进而影响到加热效率;耦合层的宽度和垂直温度均匀性与加热高度、加热时间相关;通过热流密度曲线在“0区域”的形态可以解释耦合层的特点。双面定向加热方式效率最高,而能耗低于顶面辐射灯加热和底面碳晶加热板加热。
【关键词】：沙疗室 数值仿真 耦合传热 优化
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 课题来源7
• 1.2 研究背景及意义7-8
• 1.3 研究现状8-10
• 1.3.1 计算机仿真技术的研究现状8-9
• 1.3.2 室内沙疗室传热的研究现状9-10
• 1.4 本文的主要工作10-11
• 1.5 本章小结11-13
• 第二章 沙疗室传热过程的基本理论13-23
• 2.1 沙疗室的传热模型13-20
• 2.1.1 传热模型假设14
• 2.1.2 Boussinesq假设14
• 2.1.3 数值方法的基本控制方程14-17
• 2.1.4 湍流模型17-20
• 2.1.5 壁面函数法20
• 2.2 数值计算的离散化和求解方法20-23
• 2.2.1 控制区域离散化21-22
• 2.2.2 微分方程的求解22-23
• 第三章 沙疗室加热系统的优化实验23-28
• 3.1 优化前的室内沙疗室23-24
• 3.2 优化后的室内沙疗室24-25
• 3.3 温度采集系统25-26
• 3.4 实验仪器和设备26
• 3.5 实验方法26-27
• 3.6 本章小结27-28
• 第四章 沙疗室加热系统数值仿真28-33
• 4.1 建立物理模型28
• 4.2 建立数学模型28-29
• 4.3 生成网格29-30
• 4.4 边界条件30-31
• 4.5 离散格式及收敛准则31
• 4.6 数值仿真和实验结果对比31
• 4.7 本章小结31-33
• 第五章 沙疗室内速度场、温度场分析33-38
• 5.1 以加热高度为变量横向对比33-35
• 5.2 以加热时间为变量纵向对比35-37
• 5.3 本章小结37-38
• 第六章 加热高度最优解及影响因素38-42
• 6.1 加热高度对加热效率的影响38-39
• 6.2 影响因素分析39-41
• 6.3 本章小结41-42
• 第七章 单、双面加热及能耗对比42-45
• 7.1 单、双面加热效率对比分析42-43
• 7.2 单、双面加热能耗对比43-44
• 7.3 单、双面加热效果对比分析44
• 7.4 本章小结44-45
• 第八章 沙体受热耦合层分析45-51
• 8.1 以加热高度为变量横向对比45-47
• 8.2 以加热时间为变量纵向对比47-50
• 8.3 本章小结50-51
• 第九章 沙体热流密度变化分析51-55
• 9.1 基础概念介绍51
• 9.2 以加热高度为变量进行对比51-52
• 9.3 以加热方式为变量进行对比52-54
• 9.4 本章小结54-55
• 第十章 总结与展望55-57
• 10.1 本文总结55-56
• 10.2 今后研究展望56-57
• 致谢57-58
• 攻读硕士学位期间发表论文及获奖情况58-59
• 参考文献59-62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 金笑时;;吐鲁番沙疗[J];大自然;1984年01期

2 樊洪明,何钟怡,李先庭;洁净室流场大涡模拟[J];空气动力学学报;2001年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈春阳;中国机车车辆业创新战略研究[D];北京交通大学;2007年

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本文编号：575690