火炕作为北方农牧民生活、生产的重要场所,一般由炉灶、炕体、烟囱三部分组成,它代表了北方地区的地域性以及民族性。火炕是我国北方农牧民居住建筑冬季室内供暖的主要设施之一,至今仍在广泛使用。主要优点有:搭建方便、取材方便、使用造价低廉。但随着现代化新能源的发展,火炕逐渐被床替代,作为有2000多年历史的火炕,地位正在逐渐下降。目前火炕的搭建仍然以民间经验为主,缺乏系统的理论研究与技术章程,普遍存在高温烟气流场范围小、有效烟道短、换热热阻大、室内换热面积小、接触炕面板面积小、炕面温度极不均匀、出烟口温度高等缺点,导致其热效率低、热舒适度差、凉得快、燃料消耗量大等问题。国内学者针对火炕的热工性能评价指标进行了多方面实验和研究,但利用流体力学VENT模拟技术和ANSYS模拟技术对火炕烟道构造形式影响火炕热舒适度、热效率的研究还较少。以流体力学和建筑热工学知识为指导,通过VENT模拟技术和ANSYS模拟技术对现状火炕的烟气流场分布、进出烟口温度、旋涡状况等进行模拟分析,进而对其烟道进行优化设计。对比分析可以看出与现状火炕相比,改进火炕能够使更大范围的烟道炕洞、炕面板接触到高温烟气进而吸蓄、存贮、释放烟气热量,同时降低了出烟口温度,大幅提升了火炕热效率和热舒适度,也为火炕的优化设计提供了一种新的技术方法。改进火炕在多方面的热工性能都有提升:(1)烟气流速在0.4m/s以上的流场区域面积增大,烟气与炕面板换热量增加,炕面温度均匀性提升,热舒适度提高。(2)277℃-350℃的高温烟气面积分布范围增大,炕面板吸热量提升,蓄热量增加;204℃-240℃的低温烟气面积分布范围减小,炕面板温度均匀性改善。(3)改进火炕排烟温度降低15℃-20℃,高温烟气在烟道内充分换热后才排出烟囱,火炕的蓄热量增加,烟气热量得以充分利用,火炕的热效率明显提升。(4)改进火炕增大了高温烟气与炕体的换热面积且延长了烟气在炕体内的流动路径和时间,内部烟气流动更加均匀,炕头区温度降低,炕梢区温度提升,炕洞内烟气平均温度提高了20℃左右,火炕的供热能力大幅提高。