加气混凝土外表面蒸发换热影响因素实验研究

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1、加气混凝土外表面蒸发换热影响因素实验研究李宁，孟庆林(华南理工大学亚热带建筑国家重点实验室，建筑节能研究中心，广东广州510640)摘要:在热湿气候风洞内，用正交实验研究了一定初始含水率下加气混凝土蒸发换热的影响因素。从对蒸发换热量影响的显著性和持久性来衡量，太阳辐射居首，其次是试件厚度，再者是风速，最后是温度，而相对湿度的影响较小，温度和相对湿度的交互作用亦不显著。太阳辐射、风速、温度及试件厚度对材料蒸发2换热量影响最显著的水平分别为400w/m、1.5m/s、30℃、100mm。究其原因，认为是太

2、高的辐射和温度导致了材料表层温度过高，表面蒸发过快而“干化”，从而阻碍材料内部水分向表层的迁移；而过高的风速和过厚的材料也对其自身蒸发换热产生负面影响。关键词：蒸发;风洞;影响因素0引言在建筑热工领域，材料外表面换热系数对于建筑能耗模拟和建筑热环境的研究至关重要，各国学者用不同方法对其进行过理论和实验研究。Jayamaha分析了太阳辐射强度、风速和表面的环境温差对换热系数的影响，指出实验期间测得的换热系数与风速直接相关而不[1]遵循太阳辐射强度或温差模式。天津大学王波通过建立简易实验台模拟实际地面铺装

3、的蒸[2]发过程，探讨了孔隙率、材质及表面颜色对透水地砖蒸发强度及表面温度的影响。从所查找的文献中可以看出，大多数学者着眼于研究材料在干燥状态下外表面对流换热的规律，然而我们知道，在潮湿状态下，材料与周围环境之间不仅仅存在对流换热，同时还包含了辐射换热、蒸发换热等多种方式，这些换热过程都是依赖外表面特性和室外气象条件而变化的。陈启高、孟庆林、刘艳峰等曾进行了相关研究，发现潮湿表面换热系数明显大于干燥表面，[3]蒸发换热对材料的影响不容小觑。笔者认为，只有对蒸发换热的影响因素有所了解才能对其进行更深入地

4、挖掘，然而类似的研究却只在土壤学和食品干燥领域有所发现。在土壤学方面，王冠丽，刘延玺等采用主成分分析法，得到与沙地土壤蒸发能力有关的11个主成分，并将影响因子分为3类：温度因素、湿度因素、风速因素，指出距地面高2.0m处的气象因子对土壤蒸发能力的影响最为显[4]著。刘浩，孙景生等指出在一定的条件下，温室白菜和萝卜棵间土壤蒸发与太阳辐射、气[5]温和相对湿度均呈现指数关系。王修信等指出，半干旱地区草地水热通量受净辐射影响最大，其次是下垫面与气温之差、下垫面温度，再次是相对湿度（仅对潜热）和气温，而风速[

5、6]影响相对较弱。Kondo.Saigusa和Sato认为土壤蒸发在其较湿时对风速比较敏感，较干时[7]则不敏感。问晓梅研究表明，半干旱地区土壤蒸发的形成及蒸发强度受外部气象因素及内———————————————————收稿日期：2010-06-01∗基金项目：国家自然科学基金重大国际（地区）合作项目（50720165805）作者简介：李宁（1982－），女，博士研究生，主要研究建筑热环境与节能方向，E-mail：lyj_study@126.com，Tel.：15013152635；孟庆林（1963-

6、），男，教授，博士生导师，主要从事建筑技术科学方面的研究，Tel.：020-87111668。部含水量的大小和分布的影响，地表温度和空气温度是影响蒸发量的重要因子，4-2m相关湿度梯度的影响次之，5cm土壤含水量和4-1m空气温度差再次之，空气相对湿度和不同层[8]风速对土壤蒸发量没有明显相关性。在食品干燥领域，王相友、丁莹等研究了红外辐射与对流联合干燥情况下，外在和内在各种因素对物料脱水的影响，得到辐射强度是影响物料干燥指标的最重要因素，辐射强度越大、辐射距离越近、物料厚度越小、物料的脱水速率就越大

7、；物料初始含水率对干燥速率也有重要影响；对流介质温度变化，不会引起物料降水幅度、[9]干燥速率的明显变化；但对流速度对其有一定影响。Nuriddinov等研究表明材料温度和干燥速率与材料对辐射能的吸收、干燥室的空气温度和相对湿度有关，辐射干燥刺激了干燥率[10]的自我控制（self-control）。Sharma等研究单层洋葱片降速干燥阶段的干燥特性，发现干燥率受辐射能量、空气温度流速的显著影响。当温度升高、流速增大、辐射增强时，干[11]燥速率提高，干燥时间明显缩短，同时，在红外辐射能量和空气温度一

8、定时，提高空气流[12]速反而会增加干燥时间。Hebbar等指出红外和对流联合干燥的相互增强效果导致蔬菜更[13]高的传质率，水分蒸发时间比单纯对流干燥缩短了48%。H.Kocabiyik等人在一定红外辐[14]射照度下干燥薄荷叶，发现风速的提高有利于增加干燥速率。A.I.Martynenk等人研究了影响人参干燥的物理和生理因素后指出，空气温度和根直径对干燥率常数的影响显著，而[15]相对湿度影响微弱。鉴于建筑领域鲜有对材料蒸发相关规律的研究，本文选取加