溫度變化和熱量的關系范文

導語：如何才能寫好一篇溫度變化和熱量的關系，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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1.機械能與內能的關系

3.溫度、內能、熱量、做功之間的關系

溫度是物體的冷熱程度，溫度越高，分子動能越大，物體的內能也就越大；但由于內能不但與溫度有關，而且還與分子的數目、分子間作用力有關，故溫度高的物體內能不一定大。

由于做功和熱傳遞都能改變物體的內能，且二者對物體內能的改變還是等效的，所以物體內能的改變，可能是由于熱傳遞引起的，也可能是由于做功引起的。

熱量是在熱傳遞過程中吸收或放出的能的多少，是個過程量，不能說一個物體含有多少熱量；而內能是物體含有能的多少，它是狀態量；熱量與溫度間存在不確定的關系，有的物體吸熱(或放熱)后，溫度升高(或降低)，有的物體吸熱(或放熱)后，溫度不變(如晶體熔化和凝固時)；但熱量與內能間有確定的對應關系，物體吸收熱量，內能增加，放出熱量，內能減少。

做功與內能變化間也有不確定的關系，對物體做功，物體的內能不一定增加，也可能是使物體的機械能增加；但物體對外做功，有的會使自己的機械能減少，內能不變(如小球撞擊小車后，球的機械能減少，內能卻不變)，有的卻使物體的內能減少(如氣體膨脹對外做功， 內能減少，溫度降低)。所以做功、傳熱與物體的內能、溫度的變化大都存在不確定的關系，分辨時需要我們仔細確認。

二、實驗與探究

1.探究物質的比熱容

(1)方法：欲研究不同物質的吸熱本領，應該只讓物質的種類發生變化，而控制其他的因素不變，所以運用的是控制變量法。

(2)方案一：讓兩種物質吸收相等的熱量，觀察其溫度的升高量是否相同，若溫度的升高量一樣，則說明它們的吸熱本領相同；如果溫度升高量不一樣，則溫度變化量小的吸熱本領大，溫度變化量大的吸熱本領小。

(3)方案二：讓兩種物質的溫度變化量相同，觀察其吸收熱量的多少，若吸收的熱量一樣多，則它們的吸熱本領相同；如果吸收的熱量不一樣，則吸熱多的吸熱本領大，吸熱少的小的吸熱本領小。

例題 (2007·揚州)為了比較水和沙子容熱本領的大小，小明做了如右圖所示的實驗：在2個相同的燒杯中分別裝有質量、初溫相同的水和沙子，用兩個相同的酒精燈對其加熱，實驗數據記錄如下：

(1)在此實驗中，用加熱時間的長短來表示物質_____________________ 。

(2)分析下表中的實驗數據可知：質量相同的水和沙子，升高相同的溫度時，水吸收的熱量_______(填“大于”或“小于”)沙子吸收的熱量。

質量溫度升高10℃所需要的時間/s溫度升高20℃所需要的時間/s

溫度升高30℃所需要的時間/s

沙子306489124

水3096163220

(3)如果加熱相同的時間，質量相同的水和沙子，_______(填“沙子”或“水”)升高的溫度更高。

(4)實驗中有些同學發現：剛開始加熱時，情況與(3)結論不符，你認為可能的原因是：_____________________。

【解析】 (1)用酒精燈對燒杯加熱時，燒杯中的物體吸收熱量，溫度升高，故加熱時間的長短表示物質吸收熱量的多少；(2)由于升高相同溫度水加熱需要的時間多于沙子，故水吸收的熱量大于沙子吸收的熱量；(3)如果加熱相同的時間，質量相同的水和沙子，沙子升高的溫度更高些；(4)情況與(3)結論不符，說明沙子升高的溫度比水還低，這既可能是測量的原因，也可能是沒攪動的原因，還可能是傳熱本領的不同造成的。

【答案】(1)吸收的熱量(的多少)；(2)大于；(3)沙子；(4)水的導熱性能好或沙子導熱性能不好，或沙子里溫度計玻璃泡插入比較淺，或沒有用攪拌棒攪動等。

2.熱量計算的技巧

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關鍵詞：物理教學;探究力

物理新課程標準的精神十分重視探究方法教育，重視科學探究的過程。讓學生在認知過程中體驗方法、學習方法，了解得出概念和規律的過程。初三物理中“比熱容”這一概念是個教學難點.難就難在它比較抽象，要真正理解它，涉及到的溫度、熱量等物理量，對初中學生來講考慮問題很難做到面面俱到.因而成為學生學習的難點.

一、生活中導入來激趣

由生活情景引入，蘇教版是從“在太陽光照射下，為什么海水和沙子的溫度不同”引入，猜想“沙子升溫比水快”，在實驗設計中“用酒精燈分別對沙子和水加熱相等的時間，比較它們溫度上升的快慢”，整個探究過程一直將學生的注意點引去研究溫度上升的快慢，偏離研究的主題，不能做到開宗明義.筆者認為在引入“在太陽光照射下，為什么海水和沙子的溫度不一樣”之后，教師可提問“海水和沙子的溫度為什么會上升”、“照射時間越長，為什么溫度會升得越高”“海水和沙子上升到相同的溫度，太陽光照射的時間哪個長”通過這些問題將研究的方向導向吸熱。

二、以科學的實驗研究為基礎

下面談談對實驗思路的建議，影響物體吸收熱量的因素有：物質的種類、物體的質量、吸收的熱量等。蘇教版的實驗為“探究不同物質吸熱升溫的現象”。實驗思路是加熱相等的時間，比較升高的溫度，邏輯關系不清。比熱容概念的核心是吸收的熱量。實驗的邏輯應為：改變物體的質量、升高的溫度和物質的種類等因素，比較吸收的熱量.此外蘇教版實驗設計環節，控制質量相同，只探究了吸收的熱量與物質種類的關系，并沒有研究吸收的熱量與物質質量的關系。探究環節不完整，實驗缺乏嚴謹性。筆者認為物理教學的核心是教會學生研究物理問題的方法，在初中物理啟蒙階段更要注重研究方法的科學性，因此必需增加研究吸收的熱量與物質質量的關系這一實驗環節。

在教學實踐中，筆者發現學生很容易混淆熱量和溫度兩個物理量。其原因是溫度是學生可以直接觀察到的物理量，而熱量是物體內能的轉移量，學生不易體會、也不可能直接觀察到熱量，其外在體現是溫度的升降，所以學生難以區分。那么在實驗中如何引導學生認識和度量熱量呢？筆者認為可以從兩個角度分析：一、因果關系，物體與熱源接觸，溫度升高;離開熱源，物體的溫度不下降，吸放熱量是溫度變化的根本原因;二、傳熱的角度，傳熱是一個過程，同一熱源，傳熱的多少與傳熱時間有關。

對實驗物質種類的選擇。由于熱傳導的速度與物體間的溫度差和導熱系數兩個因素有關，所以實驗中應盡可能使兩個因素近似相同，吸收的熱量才與加熱時間基本成正比。經過反復分析比較筆者發現水和甘油是比較理想的兩種物質，首先兩種物質的導熱系數比較接近：水在200C的水導熱系數為0.6w/（m. 0C）， 40%的甘油在200C的水導熱系數為0.45w/（m. 0C），其次甘油的沸點為2900C，比熱容為2.4×103J/（kg?0C）與水相差較大。實驗中使物質升高相同的溫度，那么熱源與兩種物質間的溫度差基本相同，物質吸收的熱量與加熱時間基本成正比。在實際教學中，教師可采用實驗小組的方法將探究任務進行分配，小組間數據共享。

三、合理處理數據，提升物理學習的質量

初中屬于物理學習的起始階段，一般是將數據記錄到表格中，再從表格中歸納總結出結論。這種數據處理方法的缺陷是物理量多、數據多且不直觀，初中階段的學生其實難以從大量的數據中總結出規律，所以建議使用另一種方法―― 圖像處理法。這種方法更加直觀了然，而這種方法的困難之處在于比熱容的概念涉及到三個物理量，而坐標系是二維的。那么怎樣用二維坐標系反映三個物理量之間的關系呢？筆者認為可以先控制一個物理量，研究另外兩個變量間的關系?？上犬嫵鲑|量一定時，加熱時間與升高溫度的關系圖，圖像為過原點的直線，即質量一定時，加熱時間與升高溫度成正比.質量一定時，升高相同的溫度， 不同的物質，吸收的熱量不同.

接著畫出升高溫度一定時，加熱時間與質量的關系圖，圖像也為過原點的直線，即升高溫度一定時，加熱時間與質量成正比.升高相同的溫度， 質量相同時，不同的物質，吸收的熱量不同.

最后畫出加熱時間――（質量×升高溫度）的關系圖，圖像也是過原點的直線，并且不同的物質圖像的傾斜程度不同，其含義為每kg的物體每升高10C所吸收的熱量。

四、從物理的角度分析生活現象，提高思維深度

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目前，對油溫的檢測大都仍采用傳統的感官測溫方法，靠廚師的經驗：一是眼看、二是手試、三是耳聽，在操作中往往要依靠實踐經驗將這三種方法綜合起來對油溫進行“估算”。由于這種經驗是在長期不斷的實踐中摸索并總結出來的，所以對于經驗不夠豐富的廚師來說，可能會有點“望油興嘆”了。但如果我們能理清影響油溫變化的主要因素，知其然，并知其所以然，那么，我們就能靈活掌握油溫的變化，充分發揮其積極作用。

大家知道，食物由生到熟是食物吸收了一定的熱量，食物能吸收熱量是因為食物與油初始溫度形成溫差。正如水勢差的存在導致水由高處向低處流動，在熱量傳遞過程中，影響熱量傳遞形成溫差(原料下鍋后的油溫與初始油溫的差距)的因素有：火力的大小、油量的多少、原料數量、原料的體積、質地。這些因素中一種或多種在影響著油溫的變化，現在試作如下分析：

一、在一定質量的油量與相同原料下，火力與油溫的關系

火力泛指因爐灶油門大小而導致的火焰大小，表示在單位時間內傳遞給介質熱量多少的能力。它在炸制的過程中能為原料提供源源不斷的熱能，直接影響著油溫下降的幅度、上升的速度，對形成菜肴的色澤、質感等起到了至關重要的作用。

在此設定的情況下，如果鍋下的火力不同，菜肴原料炸制的效果會有所差別。當火力大時，原料應在不到或剛好達到所需的溫度時下鍋，在很短的時間內油便會迅速吸收熱量，能及時補充被原料吸收的熱量，達到所需的溫度；如果在超出所需溫度較高的情況下下鍋，熱量在迅速平衡后，又會迅速升高，原料會出現“過火”的現象；反之，當火力較小時原料應在略高于所需的溫度中下入，由于鍋內油溫高，有一定的“儲備”能量，可以補助火力小的熱時進度。在對上漿劃油的動物性原料劃油，理論上蛋白質在60℃～80℃范圍內發生變化，但在實際劃油時，由于原料自身溫度較低，在這個溫度范圍內劃油往往會使原料脫漿。例如：一份肉絲用3倍于肉絲量的油進行劃油處理，在火力較大時，油溫接近三成時下鍋，此時火力能在很短的時間內使供給的熱量與被肉絲吸收的熱量達到平衡。相反，在火力較小時，我們應將油溫加熱到四五成，這樣“儲備”熱量能補充油溫下降幅度內的熱量而合乎所需溫度要求。

二、相同火力、原料的情況下，油量與油溫的關系

油鍋加熱原料有兩個情況：一是鍋將熱量傳遞給油；另一個過程是油將熱傳遞給原料。在相同火力、原料的情況下，油量的多少，決定了加熱到相同的溫度不同油量所包含的原料提供源源不斷的熱量，與原料間的溫差便會小；相反，溫差便會大。例如：一只鍋內有0.5kg的油，另一只鍋內有2.0kg的油，同時加熱到100℃左右對一份肉絲進行劃油，在0.5kg的油中因溫差大，很可能造成脫漿，而在2.0kg的油中便可能較適宜；若同時加熱到130℃左右，0.5kg的油中劃油較適宜的話，那在2.0kg的油中，因油溫下降幅度小、上升速度快，就會造成“過火”。這是因為兩者的油溫雖然一樣，但有油量的差異會導致熱容量(熱容量：在某一點溫度時一定量的介質所包含的熱量的多少)的不同，造成油溫下降的幅度不同，影響著菜肴質感、色澤等。如需將兩者熱量保持均衡，同一款菜肴達到相同的加熱效果，就需將盛油量少的加熱時間長些，油溫升得高些；將盛油多的加熱時間短些，油溫升的低些。這是從相同火力，同種原料，不同油量的角度來解釋的。

三、不同原料體積、質地與油溫的關系

各種原料在走油時，由于體積、質地不一樣，走油時的油量和時間便不盡相同。一般來說，體積大、質地細嫩的原料，宜用旺火熱油，炸制時間也短(如：整條魚、魚塊等)；體積小、質地細嫩的原料，宜用中火溫油，走油時間也要短些(如：上漿的蝦仁、魚絲等)；體積大、質地較魚肉稍韌的原料(如：整只雞等)，宜用中火油溫，但炸制時間要長些；體積大又較為堅韌的原料，一般不宜炸制(如：大塊的生牛肉)，而適宜煮、鹵或醬制。這是因為：體積大、質地細嫩的原料，因內層厚，水分含量多，需要較高油溫及時吸干分泌出的水分；又因其自身傳熱性較快，所受熱阻小(熱阻：熱量傳遞中遇到的阻力)隨著水分的較多泌出，成熟度也會跟著完成，因此也就要求其炸制時間要短些。體積小、質地細嫩的原料因內層較薄，加熱時如用旺火熱油，受溫承受度過大，分泌的水分一熱油的吸力不能保持平衡，因而出現外焦、內質老化的現象，如用中火就可調解這些不足。體積大、質地較魚肉稍韌的原料，成熟時間慢些，也就決定了自身傳熱性較慢，而且較韌的原料因纖維組織較為堅硬、緊密，所含水分也相對少。這些特點就決定了用中火、溫油較長時間的加熱才能解決；體積小、質地堅韌的原料不僅水分含量少，其較強韌度的組織纖維又不是高溫度的熱油一定所能破壞的，但如經過旺火熱油的長時間加熱，又會因水分泌出的“抵抗力”不足而變得表面焦糊，因此中火溫油較長時間的加熱是解決其成熟的最佳方法。體積大又較為堅韌的原料無論如何不宜用油來加熱成熟，因為油溫不能使大塊堅韌的原料熟爛，必須通過用小火慢慢煮、燉、煲的方法。

四、原料數量與油溫的關系

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關鍵詞：土石壩 分布式光纖 溫度 滲流監測

Abstract

This innovative use of distributed fiber optic temperature sensing technology for earth dam seepage monitoring are carried out systematic research, the main research program include: model building, theoretical analysis, model validation. The main research contents include the following:(1) Temperature variation of earth dam and seepage model. (2) fiber Raman(Raman) scattering of spontaneousmonitoring seepage model. (3) Mandatory monitoring of the heating fiber percolation model.

Keywords: Dam Distributed optical fiber Temperature The seepage monitoring Velocity of flow

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A

一、 綜述

地層中的溫度分布規律是隨著深度的增加而穩定升高。壩區或壩基中發現的低溫異常一般與庫水集中滲漏有關，據此可用溫度來檢測水庫的滲漏。當滲漏的庫水在壩體中流動時，流動的水體會將熱量帶入或帶出壩體。這樣，大壩穩定的溫度場就會受到滲漏水的擾動。通過光纖的自發后向拉曼散射可定性地判斷大壩的滲漏狀況；通過對傳感光纖強制加熱，應用熱傳導和熱對流理論，定量地監測壩體滲流狀況：包括滲流流速、滲流量、滲流比降。

二、溫度與滲漏模型的建立

（一）、 模型基本假定

土石壩屬于連續的離散介質，熱傳導率很低。對于粘土，土體熱傳導率基本保持不變。在沒有嚴重滲漏的工況下，壩體溫度場基本處于穩定。在發生滲漏的工況下，滲漏水會與壩體發生熱量交換，壩體溫度場會受到滲流的影響而發生變化。本文為了通過壩體溫度研究壩體滲漏，作如下假定：

（1）土體為連續介質，滲流為連續滲流；

（2）土體的導熱系數不隨含水率的變化而變化；

（3）忽略壩體孔隙中氣相，只考慮固液兩相。

（二）、基于壩體溫度場的滲漏模型

在壩體未發生滲漏或滲漏很小的工況下，壩體與外界沒有發生熱量交換，壩體溫度場基本趨于穩定。當壩體中存在較大滲流時，滲漏水將熱量帶入或帶出壩體，壩體的溫度場將發生明顯變化。溫度的變化幅度、溫度變化區域、變化延續時間取決于滲流流速、滲漏水流量和滲漏區域的面積等滲流指標。

三、 分布式光纖滲流監測研究

（一）、傳熱模型建立

非滲流狀態下，大壩壩體和地基處于非飽和狀態。光纖和土體之間的傳熱方式為熱傳導；在滲流狀態下，大壩壩體和地基處于飽和狀態。光纖和土體之間的傳熱方式為熱傳導，光纖與滲水之間的傳熱方式為熱對流。由于通常情況下，光纖，壩區和壩基的溫度不會很高，故忽略熱輻射。

對于熱傳導，把壩體材料簡化為一個均一材料，采用導熱系數換算法統一考慮光纖和土體的導熱問題。對于熱對流，利用流體橫向掠過管束的對流換熱準則進行分析。

（二）、拉曼自發散射滲流監測模型

1．模型建立

拉曼自發散射滲流模型是利用壩體溫度的變化特征（變化幅值、變化速率、變化范圍）來表征壩體的滲漏及滲流狀況。依據壩體溫度場的分布規律，將壩體簡化為一個溫度隨深度呈線性分布的恒溫結構。借助光纖拉曼自發散射原理，對壩體溫度進行實時監控。在壩體不發生嚴重滲漏的工況下，監控得到的溫度場是呈線性分布的溫度溫度場。在壩體發生嚴重滲漏的工況下，滲漏水必定會引起壩體溫度場的局部明顯的改變。在發生滲漏的壩體部位，其溫度場分布不再呈線性分布，將呈現出奇異點或奇異區域。根據溫度場的變化特征，反饋壩體的滲漏、滲流狀況。

2．溫度傳感分析

分布式光纖溫度傳感器測溫原理：向光纖發射一束脈沖光，脈沖光會向四周發射散射光。散射光一部分又會沿光纖返回入射端。散射光中的Raman散射光含有Stokes和Anti-Stokes光，這兩種光強度之比和溫度之間有以下關系：

（1）

式中： －－Anti-Stokes光強度，用A表示； －－Stokes光強度，用B表示

－－溫度相關系數；－－普朗克系數, ；－－真空中光速, ；－－拉曼平移量, ；－－玻爾茲曼常數, ；－－絕對溫度值, 。

令的值為D,則： ，單位為，帶入常輸得：

=

圖1-1 光纖拉曼散射光譜示意圖

自發式光纖溫度傳感方式主要應用于實現溫度的分布式測量。不需要外界輔助信號，通過光拉曼（Raman）散射特征（頻率、振幅）來表征壩體溫度場特性。

（三）、溫度滲流耦合方程

壩體溫度場變化，主要由流體與壩體土顆粒的熱傳導和流體與壩體土顆粒的熱對流的影響。根據能量守恒定律，單位體積的壩土，在單位時間內，單位溫度變化吸收（放出）的能量等于外界帶入（帶出）的熱量。即：

式中：C為壩體土顆粒比熱容，；為水比熱容，；T為溫度，℃；t為時間，s；為壩體土顆粒導熱系數，（這里表示由導熱系數換算法處理的導熱系數）；為水的密度，；為達西滲流速度，。

當水流速度較大時，對流傳熱占熱量交換的大部分。這是熱傳導可以忽略。上式變形為：

當滲流穩定后，導數很小或為零，所以：

在二維平面內，,為溫度梯度，為熱流傳播速度。

則：（2）

的物理意義：溫度場中某一點的溫度傳至溫度場中另一點所需要的時間。在二維場中為一二維向量，即：。

（四）、強制加熱光纖滲流監測模型

強制加熱光纖滲流模型是利用加熱前后光纖的溫度變化特征（幅值、變化速率）來表征壩體特定部位的滲漏及滲流狀況。強制加熱光纖滲流監測模型基本依據是加熱光纖與壩體土料、滲漏水模型之間的熱傳導和熱對流原理。依據能量守恒定律，推導滲漏水的滲流流速。式中：—通電加熱光纖的功率，—以熱傳導方式傳輸的熱量，—以熱對流方式傳輸的熱量。加熱光纖與壩體土料之間的傳熱主要為熱傳導，與滲漏水之間的傳熱主要為熱對流。

1．熱傳導分析

對于復雜的大壩土體采用有效導熱系數法。用宏觀的方法加以歸納，將實際多孔介質傳熱問題折算為一般固體材料的導熱問題。根據傅里葉定律：

式中：－－為光纖通過熱傳導向介質傳輸的熱量；－－導熱面積；－－折算后的壩體或壩基的導熱系數；－－溫度；－－導熱距離 。

利用差分格式對上式進行變換的得： (3)

式中：－－坐標點的溫度；－－坐標+點的溫度；－－光纖加熱溫度影響范圍。

2、 對流傳熱分析

對于光纖和滲漏水之間的熱對流，利用流體橫向掠過管束的對流換熱準則進行分析。計算流體橫向掠過管束的平均表面傳熱系數應采用如下準則關系計算： （4）

式中： 和 分別為垂直于流體流動方向和沿著流動方向上管束之間的距離；

為管排數目修正系數；c、n、m及p為準則關系式中的常數。為普朗特數，取值在0.7——120； 為流體平均溫度下普朗特數； 為管束壁面溫度下的普朗特常數； 為外掠單管的雷諾特征數； 為努塞爾數，一個反映對流傳熱強弱的無量綱數。

(5)

式中：為傳熱膜系數；為傳熱面的幾何特征常數，即光纖外徑d； 為流體熱傳導率。將上述表達式寫成：

（6）

式中的 就是對流換熱下的導熱系數。上式就可以把對流換熱轉化為相當于傳熱過程僅以熱傳導方式進行時的傳熱方式進行分析。

利用式（4）、（6）就可以計算出滲漏水和光纖之間的對流換熱系數，

整理得：（7）

式（7）征數的計算：

①為外掠單管的雷諾特征數： ，其中，為滲流流速；為光纖外徑；為滲水運動粘滯系數。

②為普朗特數：流體力學中表征流體流動中動量交換與熱交換相對重要性的一個無量綱參數，反映流體物理性質對對流傳熱過程的影響。，式中為定壓滲水比熱容； 為熱導率。

式（7）經整理得：

（8）

對于式（8）中的 ,當光纖埋設好后為一常數，記為 ，這里定義為光纖管束特征系數： 可由實驗測算得出，得出各個溫度條件的的值，記為 ，這里定義為普朗特相對系數。則整理式（8）得：

(9)

令上式中的,則有：

就是對流換熱下的對流表面換熱系數。

3．溫度滲流流速耦合

對于滲漏，發生滲漏通道的壩體部位滲水流速較大，壩體顆粒被滲水水流帶走。在沒有發生管涌的壩體部位，通過壩體固體顆粒和正常滲水散失的熱量的速率相對比較慢。而發生滲漏的壩體部位，水流流速較大，這是對流傳熱散失熱量的速率較大，并且占熱量散失的大部分。所以，根據能量守恒 （10）

式中： 為光纖通過熱傳導向壩體土體介質傳輸的熱量， ； 為滲水水流橫向掠過光纖管束對流換熱的熱量，。則

（11）

式中：為壩體顆粒與光纖的接觸面積； 為光纖與滲水水流的接觸面積，這里假設水流流向與光纖排列方向垂直。即：

（12）

這里，假設壩體顆粒的空隙率為e，且水流充滿壩體顆粒之間的空隙。則得：（13）

式（16）為滲流流速與各特定參數之間的關系算式。

當壩體出現嚴重滲漏，滲流流速較大時，加熱光纖的熱量大部分由流體和光纖之間的熱對流散失，所以可忽略光纖與土體之間的熱傳導。得：

由上式可得出如下結論：

（1）滲流流速與加熱前后光纖的溫度差成反比，溫度差越小，則滲流流速越大，溫度差越大，則滲流流速越小。這與理論分析結果一致。當滲流流速越大，對流換熱帶走的熱量越多，光纖在加熱后散失的熱量越多，光纖溫度下降的越快。

（2）滲流流速與滲流面積成反比，滲流面積越大，流速越小，這與這與理論分析結果一致。當接觸面積較大時，散失同樣的熱量，需要的對流換熱較弱，所以流體的流速就小。

4．參數分析

對于

式中： 壩體土體導熱系數與干密度，含水率相關。在粘土模型中為定值，約1.0～1.2；=0.5～1.0m，為光纖溫度影響距離；為壩體土體顆粒空隙率；為光纖加熱的功率。

對于，式中準則系數見下表，

表1：繞流管束換熱準則系數值表

其中：為定義為光纖管束特征系數，當光纖埋設好后為一常數。；為滲水導熱系數，當水溫在0～100℃變化時，取值范圍為55～68)；定義為普朗特相對系數，，對與選定的傳感光纖僅與與溫度有關；為管排數目修正系數，通常取0.95～1.05；為定壓滲水比熱容，值為；為滲水運動粘滯系數，取值見表。

則：（1）當時，c=0.27、m=0.36、n=0.63、p=0，

=

（2）當時，c=0.021、m=0.36、n=0.84、p=0

式中的都只與溫度有關，所以E是一個只與溫度有關的量。

（五）、流速監測模型結論

通過對上述監測模型的分析，得出如下結論：

（1）拉曼自發散射滲流監測模型，提出了一種簡便判別壩體滲漏及滲流狀況的手段。依據滲流對壩體溫度場的改變特性，通過壩體溫度場特征反演出壩體的滲漏及滲流狀況。

（2）強制加熱光纖滲流監測模型，定量地探討了壩體滲漏水流速與光纖加熱前后溫度差的關系；模型中的參數都是僅與溫度有關的量，故可以充分發揮分布式光纖測溫的優越性。

（六）、滲流分析與溫度監測耦合模型

1．允許流速

（1） 允許管涌流速：

（2） 允許流土流速：

2．滲流分析與光纖滲流監測模型耦合分析

（1）拉曼自發散射滲流監測模型得：；

（2）強制加熱光纖滲流監測模型得：。

①管涌監測

通過對壩體土顆粒的分析，由細粒含量和不均勻系數可判定土的滲透變形的類型。若光纖監測流速小于等于壩體允許管涌流速，即，則大壩土體不會發生管涌滲透變形破壞。若光纖監測流速大于壩體允許管涌流速，則大壩土體會發生管涌滲透變形破壞。

②流土監測

通過對壩體土顆粒的分析，由細粒含量和不均勻系數可判定土的滲透變形的類型。若光纖監測流速小于等于壩體允許流土流速，即，則大壩土體不會發生流土滲透變形破壞。若光纖監測流速大于壩體允許流土流速，則大壩土體會發生流土滲透變形破壞。

五、結論

本文系統地對分布式光纖監測滲流的理論進行了分析研究。根據壩體溫度場，庫水溫度場的分布規律，探討了滲流與壩體溫度，加熱光纖之間的關系；根據能量守恒、多孔介質熱傳導，熱對流理論，推導出強制加熱光纖監測滲流流速的關系式；并嘗試根據達西定律，探討了管涌和流土的監測模型。結果表明，利用光纖監測溫度場來反演大壩的滲流是可行的。

拉曼自發散射監測模型通過光纖拉曼散射原理，可以分布式地、實時地、動態地監測壩體溫度場的變化，從而簡便地判斷壩體的滲漏及滲流狀況；強制加熱光纖滲流監測模型依據前一監測的成果，對溫度場奇異點或重點部位進行進一步的詳細監測，得出滲流流速，統計流量，為下一步分析提供數據。

根據對壩體土料的分析，得出壩體特征部位滲透破壞形式，結合滲流流速、流量數據，對壩體的運行工況進行判別。

參考文獻

陳建生, 董海洲. 堤壩滲漏探測示蹤新理論與技術研究[M]. 科學出版社. 2007.4.

肖衡林，鮑華，王翠英，蔡德所，基于分布式光纖傳感技術的滲流監測理論研究[J]，巖土力學，29（10）:2794-2798，2008.10.

劉海波，楊華舒，陳剛，利用分布式光纖定位監測土石壩管涌[J]，科學技術與工程，2010（27）,2010.9.

徐國良, 王曉墨, 等.工程傳熱學[M].中國電力出版社.2005.8.

林瑞泰. 多孔介質傳熱傳質引論[M]. 北京：科學出版社. 1995.10.

李瑞有，熊健，於三大，王志旺.土石壩滲流熱監測技術研究[J].長江科學院院報.2005（12）.22(6)

篇5

關鍵詞地板輻射采暖對流換熱輻射換熱有限單元法

1前言

目前，低溫熱水地板輻射采暖采暖技術在我國北方廣大地區得到相當規模的應用，有的地區已形成熱點，并編制了地區的技術標準[1～3]。國內外的許多研究人員也針對某一情況下地板板體結構進行了關于傳熱的數值計算或實驗研究，總結了一些寶貴的經驗但目前許多企業與地方標準中使用的地板散熱量的計算表都來自國外，國內還沒有人對其數據的準確性進行認真的分析與校核。從表的內容看，也比較粗糙，沒有確切反映管徑、板體結構、材質與厚度變化對散熱量的影響。國內一些關于地板板采暖傳熱過程的數值模擬研究大都是把地板表面邊界條件中的對流換熱系數及當量輻射換熱系數取為定值，而實際上它們是地板表面溫度和室溫的函數，而且地表溫度也是不均勻的，這種取定值的做法難以得到可信的結果。

針對我國目前對地板采暖復雜傳熱過程研究還不盡完善的情況，本文用有限單元法對非線性邊界條件下各種地面層材料與尺寸地板板體中發生的多介質二維導熱問題做了數值及室溫等因素對地面散熱量影響的宣關系。

2計算過程的說明

通常地板采暖的板體結構與外部條件如圖1所示，計算中做了如下近似與假定：地板板體內導熱是二維問題；板體內各層材料是均質恒物性，相互緊密接觸，忽略接觸熱阻；忽略塑料管的導熱熱阻；用供回水平均溫度代替實際水溫；管下部絕熱層熱阻為無窮大。

圖1地板板體與外部條件圖

1－地面層;2－找平層;3－填充層;4－保溫層;qd－對流換熱;qf－輻射換熱

圖2傳熱計算單元

基于上述假定，數值模擬的最小單元如圖2所示，單元中下邊界為絕熱層絕熱，左邊界與右邊界分析為管中心垂直面與兩管之間的中線，由于對稱關系，這兩個邊界也都為絕熱邊界條件。為追求數值解盡量精確，本文的計算有下述兩個特點；

（1）對各種影響因素的變化進行了更全面的計算

在上述假定的基礎上，影響地面向房間發熱量的因素可歸結為如下五項：a)水溫，b)室內空氣與維護結構內表面溫度，c)管徑，d）管間距，e）地面層構造，構在地面層各種材料的尺寸與導熱系數。

本文的計算程序可容許上述影響因素在合理的范圍內任意變化。特別是實際中可能遇到的各種地面層材質與尺寸均列入了計算范圍。這是目前已發表的數值解表格中所見不到的。

參數的取值范圍列于表1。

填充層λ1=1.28W/(m2·℃)，δ1=30mm、40mm、50mm

找平層λ2=1.28W/(m2·℃)，δ2=20mm

表面層大理石λ3=2.91W/(m2·℃)，δ2=20mm

塑料地板λ3=0.048W/(m2·℃)，δ2=3mm

瓷磚λ3=1.1W/(m2·℃)，δ2=10mm

化纖地毯λ3=0.036W/(m2·℃)，δ2=10mm

木質地板λ3=0.14W/(m2·℃)，δ2=20mm

管間距100mm、125mm、150mm、175mm、200mm、225mm、250mm、300mm

管徑Φ16、Φ20、Φ25

室內設計溫度15℃、18℃、20℃、22℃、24℃

供回水平均溫度35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃

（2）對地板上表面與房間的傳熱即計算單元上表面的邊界條件進行了盡可能精確的處理地板上表面以對流與輻射兩種方式向房間傳熱，因此計算單元上表面的邊界條件為：

式中右端第一項為對流換熱量，第二項為輻射換熱量，兩項相對于溫差的變化都是非線性的，特別是輻射換熱為高度非線性，而且地表面溫度在水平方向上是變化的。本文處理該問題的特點為：（1）許多研究人員在解決此類總是時均將對流與輻射兩個系數取為定值并相加，得到綜合換熱系數再進行計算，這肯定是不準確的。本文對對流與輻射換熱分別進行了如實的計算；（2）中如實地使用了單元表面各節點的局部實際溫度值，而沒有隨意平均；（3）在計算對流換熱時，沒有簡單地選取無限大平壁熱面朝上的計算公式（傳熱學基本公式），因為這與實際的有限空間對流換熱情況有差別。而是采用了文獻[6]的公式（Kilkis法）。經本文比較驗證，Kilkis法與傳熱學基本公式法的計算結果當地表溫度在20～40℃之間的時雖然比較接近，但還是有一定差別；（4）慎重選取了與輻射換熱有關的房間內非加熱表面的面積權重平均溫度。

該溫度依賴于室內外空氣溫度、內墻與外墻的面積比、墻、窗的結構與尺寸和室外風速等因素，通常很難確定。國內研究人員在解決這個問題時一般設定非加熱表面的面積權重平均溫度與室溫相等或者按照文獻[8]的方法進行計算，但后者需要設定非加熱面的傳熱系數、與加熱房間相鄰空間的室內溫度、室內諸非加熱面的表面積等不確定因素，計算起來也很不方便。國外研究人員Zmeureanu等[10]曾于1987年提出了詳細的數值計算方法，但用來計算則很麻煩。Kilkis[6]于1990年提出了以用于實際設計為目的的簡化表達式，但公式的應用條件是室外溫度高于-20℃，而對于我國東北地區這個公式的使用會受到限制。要文作者經多方查閱書籍與實驗考證，決定采用文獻[9]中的結論：對于一個房間有正常外窗外門時，可以認為該溫度比室內空氣溫度低2°F（1.1℃）。

3計算結果

低溫熱水地板輻射采暖的對流換熱量大致占總換熱量的33%～51%。利用本文方法，作者已取得了關于地板板體在不同工況下的大量計算數據，并已做出不同變量搭配的大量計算表格，這些表格可作為修訂標準時的參考，篇幅所限，容另行介紹。本文給出反映各影響因素與散熱量關系圖，如圖3～8所示，篇幅關系，不再說明。

圖3板體內溫度分布趨勢圖

圖4地板板體表面溫度表分析圖

圖5熱流密度與水溫的關系

(s=100mm,d=16mm,δ2=50mm,地面層為大理石)

圖6熱流密度與管間距之間的關系

(tp=45℃，tn=18℃，δ1=50mm,地面層為大理石)

圖7熱流密度與填充度的關系

(tn=18℃，s=50mm,d=16mm,tp=45℃)

圖8熱流密度與管間的關系

(tn=18℃，s=50mm,地面層為木質地板δ1=50mm)

參考文獻

1低溫熱水地板輻射供暖應用技術規程（DBJT01-49-00）

2改性聚丙烯管地板輻射采暖、建筑給水及熱水供應技術標準（試行）（DB22T166-98）

3地板國徽采暖鋁塑復合管道工程技術規程（DB23T692-00）

4宗立華，塑料埋管地板輻射供暖的熱性能分析，暖通空調，2000，30（1）：6～8

5胡松濤，于慧俐，李緒泉，宗立華，地板輻射供暖系統運行工況動態仿真，暖通空調，1999，29（4）：15～17

6KilkisBI,MEltez,SSSager.Asimplifiedmodelforthedesignofradiantin-slabheatingpanels.In:ASHRAETrans,1995,101(1).210～216.

7YangChen,AthienitisAK.Athree-dimensionalnumericalinvestigationoftheeffectofcovermaterialsonheattransferinfloorheatingsystems.In:ASHRAETrans,1998,24(4).1350～1355

8陸耀慶，供熱通風設計手冊，北京：中國建筑工業出版社，1987。

篇6

一、應用熱量公式直接計算

此種類型的題目，應注意理解熱量公式中的“溫度”。在熱量的計算中，“溫度”有三個含義，即初溫、末溫、變化溫度，例如：金屬塊的溫度從20℃升高80℃，“升高”與“升高到”的含義是不同的。“升高”的含義是表示物體在初溫的基礎上溫度升高了多少，它等于末溫與初溫之差，即變化的溫度；而“升高到”卻表示的是物體吸熱后的末溫。做此種習題時應將二者的區別講清楚，避免出錯。

二、（a+水）吸熱，（放熱）計算

此種類型的題目，由于辨別事物時容易出現，先入為主的思維模式，遺漏a物質也放熱，吸熱，在練習中應強調這一點。

三、熱量計算中的利用率

例如：熱水器采用電加熱方式工作時的效率為70%，要使120千克的水由15℃升高到45℃，消耗的電能是多少焦耳？在分析時，如果把70%作為η=70%處理，恐怕大多數學生很難理解。在遇到這種問題時，讓學生先理解誰是有效利用的能量，誰是總能量，再將其與百分數寫成關系式，即總量×效率=利用量，作為其中一個已知條件使用，學生則能很容易的根據這一已知條件，找到求未知量電能的公式W電=Q水/70%，求出Q水吸收，電能即可求出。

四、熱量計算中的混合問題

例如：要配制m=10kg，t=60℃的溫水，現有足量的t1=15℃的水和t2=90℃的水，則應各取多少千克相混合而成？（不計算熱量損失）

解這類題的關鍵是：

1.要分清吸熱物體和放熱物體；

2.混合溫度即是吸熱物體與放熱物體的末溫；

3.計算公式為Q吸=Q放。

將以上3個問題弄清楚，此問題則可以輕松解答。

五、注意“1標準大氣壓”的條件限制

在熱學計算中，要特別注意1標準大氣壓的條件限制。在此條件下，一定質量的水，吸收一定熱量后，末溫最大為100°C，因為水沸騰后，雖然吸熱，但溫度保持不變，因此計算有此條件的問題時，必須對所得結果進行檢查。末溫高于100℃則是錯誤的，變化的溫度應用100℃減去初溫；末溫低于100℃則計算無錯，因為有水吸熱后沒有達到沸點的情況。

篇7

關鍵詞：學生；生長點；設計；課堂實驗

中圖分類號：G632.0 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）12-0097

《物質的比熱》的第一課時，筆者在市優質課中給大家上過，今年在省學科帶頭人培班送教中又有幸聆聽了浙派名師張銀惠教師來展示這一課時。本節內容老教材安排在八年級下冊，為了分散難點并使知識更具系統性移至七年級上《物質的特性》第一節。物質的比熱雖說是屬于物質的特性之一，但它不像物質的顏色、氣味、熔點、沸點那么顯而易見，對于七年級的學生來說這是個抽象的概念，學生理解起來有一定的難度，是七年級上冊的重點和難點?；叵胱约杭吧磉吔處煂@節課的處理，發現我們大多數教師在處理這節課時存在諸多問題，再與張銀惠教師的課堂展示相比較，相去甚遠。她對這堂課的成功處理，對我們來說是一個很好的借鑒。對于這一課時，筆者再次進行了創新嘗試。

一、課例描述：張老師是這樣處理這節內容中的實驗的

在這節課中，張老師完成了影響熱傳遞過程中傳遞的熱量多少與物質的質量有關，與溫度變化的大小有關的內容。具體設置三個任務完成：任務一：完成活動教材139頁中物體的吸熱和放熱實驗。從實驗中得出熱量會從高溫物體傳到低溫物體，這個過程叫熱傳遞，傳遞的是熱量。任務二：分析任務一中的實驗，比較不同時段傳遞的熱量得出熱傳遞的多少與溫度變化大小有關的結論。任務三：設計實驗探究熱量與質量的關系。最后總結熱傳遞量的多少與物體溫度的變化量和質量有關。并為下節課埋下熱傳遞的多少還和其它量有關的鋪墊。這也是大部分教師的教學流程。對于教材中安排的學生活動物質的吸熱和放熱，教師們在上課時都按照教材步驟完成此實驗，一節課有了這個實驗的支撐，教師們都很放心，覺得學生動手過了，體驗過了，本節課的內容掌握也應該不成問題了。事實是這樣嗎？

二、觀點碰撞：教師是這樣理解這節內容中的實驗的

在課后的小組討論中，教師對這節課進行了細致深入的品評：

我：用一節課的時間去學習學生熟知的兩種情況有必要嗎？因為物體升溫要吸收熱量，溫度升得越高吸收的熱量越多，升高相同的溫度，物體質量越大，吸收的熱量越多。反之，降低溫度放出熱量亦然。對于學生來說是一個普遍的生活常識，是否有必要用一節課時間去驗證，甚至去探究這個問題。

一石激起千層浪。

王：學生已有的生活經驗未必就是科學事實，我們要用科學實驗去驗證它，體現我們科學的嚴謹性。而且生活中學生是不會用溫度計去測量兩杯水的溫度變化的，他們的生活經驗還不細致。

我：我們這一節對熱量的研究是定性的，生活經驗千百次告訴學生物體升溫吸熱，吸熱大小與物體的溫度升高多少和質量有關。我們不是要利用學生的生活經驗為科學教學服務嗎？建構主義理論不是說，學生的學習是建立在學生原有的認知基礎上并納入學生原有的體系中的嗎？

李：我們這個實驗設計還練習到了溫度計的使用，訓練了科學探究的各個環節，比如說怎樣提出問題，怎樣設計方案，怎樣分析數據等。

我：溫度計的使用練習是第一章的內容，這一章的重點在物質的特性，我們這節重點是物質的比熱，如果說為了練習溫度計的使用而安排這個實驗是不是重點偏離了。我們是不是把下面影響熱傳量大小的因素――物質的比熱提上來，好好地、細細地探究更合理些呢？因為這才是這節的重點和難點。

章：根據教參這節要兩個課時，作業本的設計也是到這里，比熱放下面一節課。如果照你這樣的話就只要一課時了。

我：我們可以把運用部分加大，然后把熱傳遞中傳遞熱量的多少與溫度變化和質量大小的關系這部分加以充實加深。

王：你這樣就是地道的應試教育了，把學生該有的活動都去掉改成練習，學生動手的體驗是無可取代的。七年級的學生有好奇心，有探索的欲望，有動手的興趣，我們要充分利用學生的這些特點，用實驗來吸引學生，來幫助學生理解科學知識。

三、實踐解惑：在實踐中摸索挖掘課堂實驗的作用

筆者困惑了，只要動手活動了就能體現素質教育嗎？科學的本質是探究，那也得探究有意義的問題，明明知道的還探，誰還有興趣。學生無非也就是配合教師罷了，形成一種課堂的表面繁榮。這不曲解了探究？做練習就是應試嗎？這要看筆者做的是怎樣的練習，如果練習是重復機械的練習，死記硬背的練習當然不可取。如果練習用深度思維進行數據的分析、知識的應用，不也是在培養重要的素質？

實踐是檢驗真理的唯一標準，筆者對自己的兩個班級進行了對比教學實驗。

703班按照教材中安排進行物體的吸熱和放熱實驗，對兩杯水進行加熱并測量出溫度變化。分析兩個燒杯中水溫變化的原因，發生了熱傳遞。

704班省略此活動，改成設置問題情境：早晨，小明起床了，來不及做飯，就想泡方便面吃?？墒且荒门浚l現里面沒有熱水了，于是準備用電熱壺燒水。學生思考討論以下四個問題：1. 小明該如何才能盡快地把水燒開？2. 溫度不同的兩個物體之間會發生熱傳遞，熱會如何傳遞？3. 熱傳遞會一直繼續，還是有停止的時候？4. 熱傳遞傳的“熱”和這個物體很“熱”兩個熱的意義一樣嗎？與預設的相同，對于問題1學生答出了一方面：減少水的量，只要夠泡方便面就行了。因為升高相同的溫度，水的量越少所需的熱越少。另一方面：取用飲水機中的溫水，因為等量的水，升高的溫度越少所需吸收的熱量越少。學生不僅知道物體吸收熱量的多少與物體的質量有關，與物體升高的溫度有關，而且還能自如地運用。對于問題2學生知道熱會從高溫物體傳向低溫物體。對于3、4兩個問題學生迷糊了。

（上接第97頁）

筆者頓悟了，書上安排物體吸熱和放熱實驗的目的應該就是在這里。對于學生來說難就難在熱傳遞尤其是熱量的理解。原來本節的要解決的核心問題是熱傳遞和熱量這兩個概念。我們之前都主觀臆斷了。

物體的吸熱和放熱實驗要做，但不是我們之前的那種做法。我們之前很多是畏于教材的權威，對科學課程以實驗為基礎的認識覺得這個實驗要做，為做實驗而做實驗。在教學的過程中按照教材上的布置花了六分鐘測出大小燒杯中的水溫變化，接著淺層次地分析因為它們發生了熱傳遞，所以溫度變化了。這個實驗就此結束。如果這樣，真的沒必要做，反而浪費了寶貴的課堂時間。

后來，筆者與同組的科學教師借班對《物質的比熱》這節課的實施第三套教學方案。將課本中物體的吸熱和放熱實驗做了一些修改。如下：閱讀課本4-32實驗圖例。并完成該試驗。在實驗的等待時間里小聲討論下列問題，并嘗試填寫表格。1. 大燒杯和小燒杯中水的溫度怎樣變化？2. 引起兩個燒杯中水溫變化的原因是什么？3. 兩杯水之間的熱傳遞有方向嗎？是怎樣的？4. 實驗結束時，兩杯水的溫度情況如何？5. 推理一下，熱傳遞什么時候停止？實驗活動結束后展示我們的實驗結果。

這樣，學生不僅完成實驗，關注實驗現象并且還能透過實驗現象分析背后的原因。教師把學生的關注點引導到溫度變化內在的原因，為熱傳遞和熱量的教學做好鋪墊。通過實驗學生深刻感受到高溫物體放出熱，溫度降低；低溫物體吸收了熱，溫度升高，這個過程就叫熱傳遞。物體吸收或者放出的熱的多少叫熱量，熱量是一個過程量。和我們平時說的這杯水很熱不同，水很“熱”是溫度高的意思。此時回想起張老師的這節課也設計了以上教學環節，當時覺得好繁瑣，現在卻能會心一笑。只有自己經歷過了才能體味其中的用心良苦，好課還要有耐心和慧心去感悟，而聽課教師最終所能產生的這種共鳴將會深入內心，成為自己教學提升的基石。

學生還有一個疑問，放出多少熱量是不是就會降低多少溫度？小燒杯中熱水放出的熱主要是給大燒杯冷水吸收的，但我們分析實驗數據發現，小燒杯中水溫下降的度數并不等于大燒杯中水溫上升的度數，而且差距較大。可見，放出熱量的數值和降低溫度的數值并不相等。溫度是表示物體冷熱程度的物理量，熱量是熱傳遞過程量。課堂進行到這里，兩杯水以達到相同溫度，引發學生思考此時它們之間還有熱傳遞嗎？充分挖掘實驗價值，充分運用數據。

接著，運用第二節課中如何讓教師盡快喝到水的情景推而廣之，得出物體吸收熱量的多少還與物體的質量有關的結論，為下一課時設置鋪墊。

四、反思心得：課堂實驗需找準學生生長點精確設計

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關鍵詞 柴油機尾氣；節能；熱能回收；熱值計算

中圖分類號 TK16 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）15-0201-02

Study on Heat Recycling of Cylinder Diesel Engine Tail Gas

LIN Hui-zhou HUANG Shi-xing NIU Peng-hui GUO Ze-ming LUO Min-cong LIANG Jian-xing

（South China Agricultural University，Guangzhou Guangdong 510642）

Abstract Based on the current situation that the holding volume of diesel engine and diesel engine with low calorific value utilization in our country，taking agricultural single cylinder air-cooled diesel engine as experimental object，through a simple test device，convective heat transfer rate of energy in agricultural single cylinder diesel engine exhaust was accurately calculated，it not only had great significance to improve the utilization efficiency of energy and environmental protection，but also had a certain reference value for tail gas cleaning and heat secondary using device development.

Key words diesel engine tail gas；energy saving；heat recovery；calorific value calculation

我國正處于農業大國向農業強國發展的階段，農用機械的使用量逐年增加，其中大部分是以柴油為動力，2013年中國農業機械總動力為103 906.8萬kW，其中近80%是以柴油為燃料。而柴油機的能量利用率卻只有30%～40%，58%～70%的熱量被冷卻水、尾氣及柴油機自身散熱等帶走[1]，通過尾氣排放到外界喪失的熱量占大部分。若能將此余熱回收利用，對于提高柴油機燃油經濟性，減少溫室氣體的排放有所幫助，對農業發展也起到了一定的作用。

1 試驗裝置設計

搭建試驗平臺，對單缸柴油機尾氣的余熱回收利用以及尾氣凈化進行可行性研究。將Z170F柴油機固定于試驗架上，并將試驗架固定于地面，防止試驗過程中柴油機工作震動劇烈而影響數據的獲取，也保證了試驗操作者的安全。外包石棉網的蛇皮管一端與金屬蛇形管緊密連接，并用管箍鎖緊，防止漏氣造成熱量損失，金屬蛇形管作為換熱器試驗材料，彎曲盤置于水容器中（圖1），水容器外壁包裹石棉布，減少水溫散失。外包石棉網的蛇皮管另一端與柴油機尾氣出口連接。試驗裝置具體如圖2～3所示。

2 試驗方案設計

2.1 測定柴油機轉速

反光紙貼飛輪外沿，在不超過額定轉速下，調節到最大油門，用轉速計測定此時柴油機（飛輪）的轉速，再通過調節油門，保證柴油機不熄火的情況下，逐漸降低柴油機轉速，使其呈穩定遞減趨勢，并記錄各個數據。

2.2 測定尾氣流速

用蛇皮管一端連接柴油機排氣口，在蛇皮管另一端使用風速儀在各個轉速下測出對應轉速柴油機的尾氣流速。外接蛇皮管測流速可以降低尾氣溫度，避免風速儀因為高溫造成的測量誤差。

2.3 測定尾氣溫度

在各個轉速下，使用紅外線測溫儀和電子溫度計測量柴油機尾氣出口處的尾氣溫度，以及尾氣通入蛇皮管時的溫度。

2.4 測定水溫變化及出氣溫度

往容器中裝入4 L吸熱介質（本試驗中采用水），并測出吸熱介質初溫，開動柴油機，降溫尾氣通過蛇皮管，經過浸入水中的金屬蛇形管，水介質通過與金屬蛇形管外表面大面積接觸，吸收尾氣經金屬蛇形管傳導出來的熱量而使水溫升高。用電子溫度計測量排向外界的尾氣溫度，以及實時測量水溫變化，并記錄最高溫度。

3 試驗系統測量參數采集

該試驗需要測量的參數有柴油機轉速、柴油機尾氣出氣口溫度、自來水初始以及終態溫度、尾氣流速、換熱管出氣口尾氣溫度，數據采集點如圖4所示。

4 柴油機尾氣排放試驗

4.1 試驗系統測量參數

該柴油機的最低穩定轉速為1 500 r/min左右，最高轉速為2 600 r/min，因此試驗從1 500 r/min開始，每次增加100 r/min左右，直到2 600 r/min。啟動柴油機至最大轉速，暖機5 min后，調節柴油機轉速，每次改變轉速后，等柴油機運轉3 min后，用氣體溫度計測量排氣口尾氣溫度，試驗數據如表1所示。

分析柴油機尾氣溫度與飛輪轉速的關系，以尾氣溫度為縱坐標，飛輪轉速為橫坐標，繪制尾氣溫度與飛輪轉速關系曲線，結果如圖5所示。可以看出，在柴油機轉速范圍內，尾氣溫度隨柴油機轉速增大而增加，尾氣溫度與轉速呈正相關趨勢。隨著轉速的增加，單位時間內參與燃燒的混合氣數量增多，燃燒時由于燃燒室內湍流強度增強，火焰傳播速度迅速提高，燃燒速度加快，熱量散失相對減少，從而使得尾氣熱量增大[2]。

4.2 柴油機尾氣流速與轉速的關系

4.2.1 試驗數據與分析。試驗從1 500 r/min開始，每次增加100 r/min左右，直到接近額定轉速2 600 r/min。啟動柴油機至最大轉速，暖機5 min后，調節柴油機轉速，每次改變轉速后，等柴油機運轉3 min后，在排氣口外接尾氣輸送管，在輸送管口用風速計測量尾氣溫度。各柴油機轉速下的尾氣流速數據如表2所示。

以尾氣流量為縱坐標，柴油機轉速為橫坐標，建立尾氣流量與轉速關系曲線如圖6所示?？梢钥闯觯矚饬魉倥c轉速呈正相關趨勢，尾氣流速隨柴油機轉速的增大而增大。柴油機轉速為1 464 r/min時，尾氣的流速為21.6 m/s，當柴油機轉速增加到最大值2 545 r/min時，尾氣流速隨柴油機轉速的增加而增加到36.5 m/s。

4.2.2 換熱管傳熱速率的影響因素分析。試驗所得水溫變化等相關數據如表3所示。建立評價傳熱速率的指標：

Q=q/t（1）

式（1）中，q為水的吸熱量，t為通氣時間，q=cmt，其中c為水的比熱容，水的比熱容是4.2 kJ/（kg?℃），水的體積（下轉第207頁）

是4 L，水的密度是1 000 kg/m3，經計算，各轉速下的傳熱速率如表4所示。

以傳熱為縱坐標，柴油機轉速為橫坐標，建立傳熱速率與轉速關系曲線如圖7所示。可以看出，傳熱速率與轉速呈正相關趨勢，傳熱速率隨著柴油機轉速的增加而增大。柴油機轉速為1 464 r/min時，傳熱速率為173 J/s。傳熱速率隨轉速的增加而呈現上升的趨勢，當柴油機的轉速為最大值2 545 r/min時，傳熱速率增加到481 J/s。

尾氣在換熱管中流動，熱量從尾氣經過換熱管流向水，傳熱類型屬于對流傳熱。對流傳熱速率公式為：

Q=hFT（2）

式（2）中，h為對流傳熱系數，F為傳熱面積，T為冷熱流體的平均溫差。

由公式可以看出，在傳熱面積F一定時，傳熱速率與傳熱系數和冷熱流體溫度差有關。分析傳熱速率的變化情況，傳熱速率隨柴油機的轉速增加而加強，原因可能與尾氣流速和冷熱流體的溫度差增加有關。尾氣流速加快，氣體湍流程度加劇，對流傳熱加劇，對流傳熱系數增大，傳熱速度加快。尾氣與水的溫差越大，傳熱速率越快。當柴油機轉速增大時，尾氣溫度和尾氣流速同時增大，這2個因素對傳熱都有促進作用，因此傳熱速率隨轉速增大而增大[3-5]。

5 參考文獻

[1] 張海波，萬會發，林偉初.漁船柴油機尾氣余熱利用探討[J].中國水運，2013，13（12）：162-164.

[2] 任憲忠.柴油機尾氣熱量排放規律及其應用研究[D].沈陽：東北農業大學，2000.

[3] 張長友.熱工基礎[M].北京：中國農業大學出版社，2011.

篇9

地鐵熱環境的測量主要包括三個方面：

（1）地鐵熱環境參數的測量；

（2）地鐵氣流分布參數的測量；

（3）地鐵設備運行能耗與人員負荷的測量。通過上述三個方面的測量，建立地鐵站的能量平衡關系式、風量平衡關系式和空調系統的負荷平衡關系式，為合理進行地鐵空調系統的設計，分析評價地鐵空調系統運行情況，優化地鐵環控系統運行管理等，提供必要的數據基礎。

關鍵詞：地鐵熱環境測量方法

1測量背景與目的

地鐵具有不同于其他民用建筑設施的熱環境特征，其結構復雜，設備繁多，建設資金投入巨大，如何更好的提高地鐵工程的經濟性已成為行業發展關注的焦點。作為地鐵系統環境控制核心部分的通風空調系統，擔負著地鐵線路站廳、站臺、隧道正常工況的通風、供冷以及事故工況的火災通風、阻塞通風等功能，在地鐵系統中占有重要的位置。地鐵系統運行總能耗巨大，其中以通風空調系統的能耗為主要組成部分。為了了解地鐵熱環境的主要特性參數及空調系統的運行情況，分析車站能耗組成，需要進行實際工程測量。目前由于地鐵工程的復雜性、龐大性，尚無完整、系統、合理的地鐵熱環境測量方法，因此需要在一定基礎的實際測量過程中，總結地鐵熱環境的特點，分析提煉出簡明、合理、適用于工程應用的測量方法，為地鐵實際工程的熱環境測量提供指導與幫助。

2測量原理與內容

2.1測量原理與模型建立本文采用四出口地下雙層島式車站作為地鐵熱環境測量標準站，以夏季空調系統開啟工況作為主要測量環境。根據熱力學基本定律，地鐵標準站能量平衡關系式與氣體流量平衡關系式分別如下：（1.1）*式中，：通過壁面進入車站的熱量；：通過壁面流出車站的熱量；：出入口進風焓值；：出入口出風焓值；：隧道列車活塞風進風焓值；：隧道列車活塞風出風焓值；：地鐵空調系統送風焓值；：地鐵空調系統回排風焓值；：列車設備發熱量；：車站電力設備發熱量；：車站人員發熱量；（1.2）式中，：出入口進風量；：出入口出風量；：列車活塞風進風量；：列車活塞風出風量；：空調系統送風量；：空調系統回排風量；在實際測量中，地鐵車站氣體流量平衡關系式具有重要意義，是能量平衡關系式成立必要前提條件，并作為檢驗實際測量數據準確性的重要依據。為了進一步詳細了解地鐵空調系統的運行情況，根據熱力學原理，可得到空調系統風量平衡關系式、能量平衡關系式及負荷平衡關系式：G回排風＋G新風＝G排風＋G送風（1.3）H回排風＋H新風＝H排風＋H送風＋Q冷機（1.4）綜合地鐵標準站能量平衡關系式與空調系統能量平衡關系式，可以得到地鐵標準站空調負荷平衡關系式，可作為評價空調系統運行狀況的依據。L空調＝L人員＋L設備＋L列車＋L新風＋L活塞風（1.5）根據熱力學知識，可以將能量平衡關系式中各種形式的能量計算式分別寫出：傳熱量計算公式為。其中，為壁面傳熱量，為壁面瞬時熱流密度，為壁面傳熱面積，為計算時間步長。這里規定，取值為正，因此計算出的與均為正值?？諝忪手涤嬎愎綖椤Ｆ渲?，為流動空氣焓值，為空氣密度，為流動空氣瞬時速度，為計算時間步長，為流動空氣過流斷面的面積，為空氣比焓。比焓又是空氣溫度與相對濕度的單值函數。發熱量函數關系式為。其中為總發熱量，為發熱單元數量，為發熱單元發熱功率，為發熱時間。

2.2測量內容通過對地鐵車站熱環境進行能量平衡關系式及拓展關系式的理論分析，可以得到地鐵熱環境測量需要獲得的目標參數，主要包括：空氣溫度、空氣濕度、空氣流速、過流斷面、熱流密度、水溫度、水流量、固定發熱單元（包括設備與人員）發熱量等。在不同的測量參數中，又分別包含不同位置、不同對象、不同時間的測量，因此地鐵熱環境的測量是相當復雜的。

2.3測量儀器針對地鐵熱環境測量的主要參數，測量使用的儀器一般有溫度計、濕度計、熱流板、風速儀、流量計等。為了達到測量的目的和要求，所用儀器必須符合地鐵系統熱環境特點，便于實際工程應用，否則不能滿足工程測量的要求。

3測量方法與優化

3.1傳統測量方法的局限一般的工程測量，根據前期理論分析，確定測量的對象及所需儀器，按照常規測量方法即可獲得預期參數。由于地鐵系統自身的復雜性及特殊性，傳統測量儀器和測量方法在地鐵熱環境測量中具有很大的局限性，往往不能滿足實際測量的需要。地鐵熱環境測量的特點主要表現在測量空間大、測點布置分散、測量數據多、參數變化頻繁、采集時間長等方面，這就對實際測量中采用的儀器及方法有很高的要求。地鐵工程實際測量，測量儀器的布置既不能影響地鐵系統正常運行，還需達到采集準確數據的要求。通過多次測量與摸索，不斷研究相應測量手段，同時也促進了地鐵熱環境測量儀器的開發和應用。目前適合地鐵熱環境測量的儀器需具備以下特點：（1）體積小，便于布置，工作穩定，抗震性能好；（2）記錄數據量大，自動采集數據，預設啟動時間及采樣步長，具有較高的人工智能性；（3）測量精度高，范圍大，響應時間短，適合動態測量等。儀器的改進不能完全滿足實際測量的要求，因此測量方法也需要進行必要的優化。這種優化是在多次測量基礎上加以總結所得，更適用于實際工程測量，滿足準確性要求。除進行一定的優化外，也可以根據實際應用、理論計算、誤差允許等方面的要求對數據結果進行合理的簡化。

3.2空氣溫度與濕度的實際測量空氣溫度與濕度作為地鐵熱環境的重要參數，是計算空氣焓值不可缺少的部分。測量空氣的溫度與濕度，可采用熱電偶溫度自記儀與空氣相對濕度自記儀，自動記錄地鐵全天運行期間的各測點的溫度與濕度。地鐵系統各部分空氣狀態各不相同，分為逐時動態（如室外氣象參數）與相對穩態（如空調送風參數）。對于動態空氣參數可采集記錄全天大量數據，對于相對穩態空氣參數可在正常工況下進行一定量的數據采集，同時也可在誤差允許范圍內進行合理的近似與簡化。

3.2.1簡化站廳及出入口溫度、濕度的測量通過已進行的實際測量發現，一般情況下地鐵標準站的各出入口，在全天運行期間，進出空氣的狀態接近且變化趨勢近似，因此可減少出入口溫度、濕度測點的數目，以一個出入口的參數測量情況代表其他若干出入口空氣的狀態。若進一步簡化，近似認為站廳空氣性質均一，各個出入口對應的室外氣象參數一致，則可以認為由各出入口進入的空氣狀態即為室外氣象參數，由各出入口流出的空氣狀態即為站廳空氣參數。圖3-1為實際測量獲得的某地鐵站三個出入口的空氣溫度逐時曲線（夏季，午后雨），變化趨勢一致，測量值近似相等；圖3-2為同一車站當天站臺、站廳實際測量結果曲線，可近似認為在空調季為穩定狀態。當實際工程中各出入口土建結構不同，站廳、出入口溫度分布差異較大時，應布置不同的溫度、濕度測點，保證測量的準確性。圖3-1某地鐵站實際測量三個出入口空氣溫度測量曲線圖3-2某地鐵站實際測量站廳、站臺空氣溫度測量曲線

3.2.2簡化站臺及列車活塞風溫度、濕度的測量通過已進行的實際測量發現，區間隧道內的空氣參數在地鐵全天運行期間較為穩定，由列車周期運動影響而產生的波動幅度較小，一般溫度波動在0.5℃，濕度波動在15％。列車在進站前剎車電阻已啟動，活塞風會吸收一部分熱量，引起站端隧道口位置空氣溫度隨列車運行呈周期性變化較為明顯。列車在站臺?？亢?，由于軌底排風系統的作用，剎車電阻剩余發熱量雖全部釋放，但僅引起站臺軌道兩側空氣溫度隨列車運行呈周期變化（見圖3-7、圖3-8），而站臺空間的空氣狀態由空調系統決定。在正常工況下，可近似認為站臺空間的溫度參數相對穩定（見圖3-2）。圖3-3為實際測量獲得的隧道區間空氣與壁面溫度隨列車周期運行的變化情況，圖3-4為站端隧道口位置空氣溫度逐時曲線。3地鐵隧道區間某測點位置壁面與空氣溫度測量曲線圖3-4地鐵站端上、下游隧道口位置空氣溫度測量曲線

3.2.3簡化空調系統溫度、濕度的測量通過理論分析與實際情況相結合，將空調系統設備使用發熱量記入車站設備發熱量，因此不考慮風機溫升對空氣的影響，因此空調系統中的空氣溫度、濕度測量不必全部測出送風、回風、排風、新風的參數。新風參數使用室外氣象參數即可，回風參數與排風參數一致，但需區分站臺回排風與站廳回排風?？照{系統全天正常運行時送風參數應保持不變，站廳、站臺的回排風會有一定的波動。實際測量情況見圖3-5、圖3-6。圖3-5某地鐵站空調系統新風參數測量曲線圖3-6某地鐵站空調系統送風、站廳回排風、站臺回排風溫度測量曲線

3.2.4簡化壁面傳熱的測量為了分析車站與邊界壁面的熱交換情況，以及分析列車停靠站臺時剎車電阻發熱量進入車站系統的具體情況，需要對站臺軌道兩側壁面的熱流密度進行測量。使用熱流密度板必須與壁面緊密接觸，但地鐵列車運行時產生振動較大，易使熱流密度板脫落，增加了實際測量的難度。因此可將壁面與空氣間熱交換的測量方法做出修改，通過測量壁面溫度、空氣溫度及空氣綜合溫度，分別獲得壁面與空氣間對流換熱量和輻射換熱量。通過已進行的實際測量發現，空調正常運行的地鐵標準站，邊界壁面溫度保持穩定，波動幅度很小，若認為站臺空氣性質均一，則車站通過壁面進行穩態熱交換。由于列車的運行，剎車電阻發熱量一部分由隧道活塞風吸收，其余發熱量均在列車?？空九_時釋放。這部分釋放的熱量，一部分由車站軌底排風系統排出，一部分通過空氣與壁面進行周期性熱交換。因此，車站壁面與空氣的動態熱交換主要集中于軌道兩側下部，尤其是列車停站時剎車電阻箱位置對應的壁面附近為主要動態熱交換區域（見圖3-11）。測量結果顯示，站臺軌道兩側空氣的溫度波動幅度較大，充分反映出空氣瞬時能量變化的劇烈程度；但軌道兩側壁面由于熱工性質的差異，溫度波動幅度較之空氣顯得很小，且具有一定的遲滯現象（見圖3-7、圖3-8）。為在實際測量獲得站臺軌道兩側由列車剎車電阻箱放熱引起的壁面與空氣熱交換情況，需在至少包括一節完整列車長度停車位置范圍內，沿長度方向布置溫度與濕度測點（見圖3-9、圖3-10），沿高度方向只需重點考慮下部壁面與空氣的測點布置（見圖3-11、圖3-12），其余未測車廂段壁面與空氣傳熱情況與測量位置車廂具有相似的變化規律。圖3-7站臺軌道內側某測點A位置壁面與空氣溫度測量曲線圖3-8站臺軌道內側某測點B位置壁面與空氣溫度測量曲線圖3-9某時刻（12：12）站臺軌道外側下部壁面與空氣溫度水平分布測量曲線圖3-10站臺軌道外側下部某測點D（圖3-11中11測點）壁面與空氣溫度測量曲線圖3-11站臺軌道外側某測點C位置壁面溫度垂直分布測量曲線圖3-12站臺軌道外側某測點C位置空氣溫度垂直分布測量曲線

3.3空氣流速的實際測量地鐵系統中風速的測量所用方法為使用熱線風速自記儀記錄地鐵運行周期中某選定過流斷面內一點或若干點處的瞬時風速，進而獲得通過該斷面的風量參數。實際測量過程中根據被測風速的三種特點，測量方法稍有不同，便于在工程中簡單易行地實現測量。

3.3.1單向穩態空氣流速的測量地鐵空調系統正常運行時，風機風量、風閥開啟狀態固定，各管道流量基本不變，空氣流動近似為單向穩態流動。實際測量中可不使用風速自記儀記錄全天逐時運行數據，而使用轉輪、轉杯等手持式測量儀器測量空調系統正常運行時各相應管道斷面、風口等的風速。具體測量步驟見圖3-13，測量情況見圖3-14。圖3-13不同斷面測量風速方法示意圖圖3-14車站空調系統某風口風速測量曲線

3.3.2單向動態空氣流速的測量：根據Stess模擬、CFD模擬及實際測量結果，當一列地鐵列車進入地鐵標準站時，活塞風由上游隧道進入車站，并由下游隧道流出車站，而同時引起站臺內部空氣由異側線路隧道流出車站的風量較小，因此可認為列車活塞風在車站四條隧道內為單向動態流動，即車站四條隧道的活塞風方向與列車運行方向一致。在地鐵標準站活塞風測量過程中，選擇無變徑、無彎頭、接近車站的區間隧道斷面作為測量斷面，將風速自記儀布置于隧道壁面，并保證測頭距壁面0.8米以上，且不可超過車輛限界。由于列車運行會產生較大的振動，風速自記儀必須放置牢固，必要時可布置備用風速自記儀，測量情況見圖3-15。圖3-15列車活塞風測量逐時風速曲線圖3-16某地鐵站兩出入口風速測量曲線

3.3.3雙向動態空氣流速的測量地鐵車站氣流情況中，出入口空氣流動為典型的雙向動態流動。測量時除了記錄逐時風速值外，還需區分測量風速的流動方向。在實際測量過程中，需獲得列車運行一個以上完整周期時出入口進出風的風速，根據不同時段發車對數可計算該時段通過車站出入口進出風的總量。由于車站土建結構不同，會影響各出入口空氣流速大小、流動方向，因此一般情況下需測量每個出入口的氣流參數。實際測量情況見圖3-16。此外實際工程中出現的側式站臺、單洞雙線、迂回風道、活塞風井等形式，若需測量這些地鐵結構中的氣流情況，一般都作為雙向動態流動進行處理。

3.4統計參數的實際測量3.4.1人員參數的測量車站人員分為固定人員（包括車站工作人員、商業服務業人員等）與流動人員（主要為地鐵乘客）。固定人員的數量全天逐時基本保持穩定，發熱量計算參考靜坐（或站立）售貨狀態下人體新陳代謝率，平均停留時間按工作時間計算；流動人員的數量全天逐時變化，高峰時段數量較大，發熱量計算參考行走（或站立）狀態下人體新陳代謝率，在車站的平均停留時間一般按照4分鐘計算。3.4.2車站設備參數的測量車站各種電力設備，如電梯、檢票機、照明等的使用時間、數量、發熱情況可根據統計或運行記錄獲得。3.4.3列車設備參數的測量列車主要發熱設備為剎車電阻、列車空調冷凝器及其他附屬電力系統，列車設備的使用時間、數量、發熱情況可根據統計或運行記錄獲得。

3.5實際測量的輔助手段通過一系列的測量方法，針對不同目標參數進行測點選擇、儀器布置、數據采集，就可以獲得較為翔實準確的測量結果。但常規測量方法在改進優化的基礎上也不能全部滿足測量分析需要，因此需要采用其他特殊方法或相關模擬軟件作為必要的輔助手段。例如，為驗證空調系統負荷平衡關系式，必須計算列車活塞風進入站臺部分的負荷，但這部分負荷不能直接從活塞風進出風的溫度、濕度、風速等測量值求得?？稍谟嬎阒幸搿皳交煜禂怠崩碚摚ㄟ^示蹤氣體實驗或CFD模擬可得到較為準確的結果，解決列車活塞風負荷對車站空調系統影響的問題。又如，對于地鐵系統設計時非正常工況（如阻塞、火災等）的驗證目前采用實際測量方法的條件還不成熟，可通過Stess進行模擬計算獲得相關工況的結果作為參考數據。超級秘書網

4測量結論與意義

通過理論分析建立的地鐵熱環境能量平衡關系式、地鐵風量平衡關系式、地鐵空調系統負荷平衡關系式，不僅為檢驗測量方法是否合理提供了依據，也為深入分析研究地鐵熱環境特性、空調系統運行狀況、優化系統設計與運行管理、評價地鐵空調系統能源利用經濟性等方面提供了翔實的數據基礎，具有重要的實際意義與指導作用。通過對地鐵熱環境的實際測量，了解地鐵熱環境的特點，發現測量過程中存在的問題，不僅促進了相關測量儀器的研發與應用，更重要的是總結出一種較為準確實用、系統完整的地鐵熱環境實際測量方法，并通過對測量方法的優化與簡化，拓展了地鐵熱環境測量的普遍性及應用性。

本文論述的地鐵熱環境測量方法，經過不同地鐵工程的數次實際測量，基本滿足工程要求，獲得了預期的數據結果。在不同的實際測量過程中，應根據不同的被測對象、不同的工程條件、不同的目標參數，對常規測量方法做出必要的修改及優化，使之符合當前測量的要求，達到工程測量的目的。

參考文獻

篇10

關鍵詞熱特性系數測試標準全工況圖

隨著計量供熱的提出，作為末端設備的散熱器，既要求能夠提供必要的散熱量以滿足房間熱負荷需求，又必須能夠適應用戶對室溫調節和用熱量控制目的。另一方面，散熱器的設計工況常與標準測試工況不同，設計時需要對散熱器的標準散熱量進行換算。所有這些都要求，對散熱器的全工況特性有一個全面的了解。本文在對散熱器熱特性深入分析的基礎上，得出熱特性系數與測試條件無關的結論。最后建立散熱器熱特性方程，并繪制散熱器全工況圖。

圖1散熱器熱工測試系統圖

1-被測試件；2-低位加熱水箱；3-高位加熱水箱；4-循環水泵；5-上水；

6-旁流管；7-循環管；8-流量測量裝置；9-冷水；10-表冷器；11-風機；

12-電加熱；13-風道；14-空氣夾層；15-測試小室

1散熱器測試標準對比

散熱器傳熱方程為：

（1）

式中：A、B----散熱器熱特性系數。

上述系數A、B是在標準測試室中得到的。我國使用的散熱器測試標準有ISO6149-75和GB/T13754-92。此外，世界上許多國家都制定有自己的國家標準，如德國標準DIN4703、美國I=B=R（美國鍋爐與散熱器制造商協會）標準等。ISO3149-75標準的基本原理是采用閉式隔熱冷卻小室，在室溫恒定條件下進行散熱器標準測試。小室與周圍環境隔熱，被測試件散熱量由夾層內的人工冷源冷卻介質逼真，以保證小室的恒溫條件，冷卻夾層和有水冷和風冷兩種。所有散熱器測試標準基本原理都相同，但在具體技術參數規定上有所不同。表1為ISO3149-75標準與GT/T13754-92標準的對比。

散熱器測試標準表（1）

項目ISO3149-75GB/T13754-92項目ISO3149-75GB/T13754-92

室溫18℃20℃對流散熱器89℃/76℃85℃/75℃

輻射散熱器95℃/70℃90℃/70℃

由表1可以看出，國家標準考慮到人們熱舒適要求的提高和我國供熱系統運行的實際，測試小室內室溫由18℃提高到20℃，標定流量時的供水溫度和供回水溫差均有所降低或減小，如輻射器的標定溫差由25℃降為20℃，對流器的標定溫差由12.5℃降為10℃。

為對比同一散熱器在不同測試標準下熱特性的差別，作者對天津某散熱器廠生產的TLD型對流散熱器按不同標準進行了四組測試，結果如下：

不同測試標準對比表（2）

測試工況195℃/70℃，18℃測試工況290℃/70℃，20℃

項目單位工況1工況2工況3項目單位工況1工況2工況3

進口溫度℃95.1270.8054.99進口溫度℃90.0070.256.2

出口溫度℃69.9855.7245.81出口溫度℃70.0057.448.3

基準室溫℃18.2118.1918.31基準室溫℃20.1219.720.5

流量kg/h41.8141.7741.92流量kg/h47.1447.247.2

計算溫差℃64.3345.0732.09計算溫差℃59.8844.1031.75

散熱量W1222.43732.56447.32散熱量W4096.48702.64433.66

測試工況389℃/76℃，18℃測試工況285℃/75℃，20℃

項目單位工況1工況2工況3項目單位工況1工況2工況3

進口溫度℃89.1070.5256.2進口溫度℃85.1070.8055.4

出口溫度℃76.0061.8750.8出口溫度℃75.0063.5051

基準室溫℃18.2618.0618.42基準室溫℃20.1620.3019.91

流量kg/h79.4479.2080.1流量kg/h92.2891.8091.02

計算溫差℃64.2948.1435.08計算溫差℃59.8946.8533.29

散熱量W1210.29796.75503.04散熱量W1083.95779.37465.77

將上述結果匯總于表3和圖2。

圖2散熱量與計算溫差關系

由圖2可以看出，四條曲線基本生命，即散熱器在不同測試標準下得到的特性系數A、B基本相同。

不同測試工況下散熱器特性系數對比用表（3）

測試工況1測試工況2測試工況3測試工況4

室溫（℃）18201820

流量（kg/h）41.8147.1479.4492.28

A值2.97532.76512.90042.984

B值1.44551.46211.44941.4427

2散熱器全工況測試

由上可知，同一散熱器在不同標準測試工況下得到的特性系數A、B基本一致。但就此得出散熱器特性系數與測試條件無關的結論還尚欠充分，因為散熱器的標準測試工況與實際使用條件有很大不同：在標準工況下，無論是散熱器供水溫度，還是流量，其變化范圍均比在使用工況下散熱器實際的變化范圍要小，而且不論何種標準測試工況，特性系數A、B均是在定流量條件下得出的。這與散熱器的使用工況也有比較大的差別，特別是在計量供熱系統中，散熱器的變流量調節是用戶行為節能的主要手段。因此，有必要對散熱器進行全工況測試。為此，作者對天津某散熱器廠生產的LLD型對流散熱器進行了全工況測試。其中，流量150～10kg/h；供水溫度90～60℃，結果見表4、表5、圖6。

流量工況測試（W）表（4）

流量供水溫度

90℃85℃75℃60℃

150kg/h1311.501197.00977.36665.67

100kg/h1295.451160.20934.93630.56

80kg/h1258.001119.68904.74614.13

50kg/h1174.091050.63835.75568.07

40kg/h1132.111020.90806.41539.19

30kg/h1066.75961.95754.19508.11

20kg/h923.34843.88693.55473.47

10kg/h603.08533.04--

注：1.表中的溫度和流量是歸整后的數值；

2.散熱器標準測試室溫度20℃。

結果見表5、圖3。

圖2散熱量與計算溫差關系

散熱器變流量工況測試表（5）

供水溫度準則關系式相關度R2供水溫度準則關系式相關度R2

90℃Q=6.8120Δt1.25790.987475℃Q=6.5164Δt1.26120.9882

85℃Q=7.7868Δt1.21960.997460℃Q=5.8016Δt1.29090.9661

由圖3可知，散熱器在全工況測試條件下仍保持了較好的一致相關性。

3散熱器熱特性方程

由上分析可和，散熱器熱特性系數A、B與測試條件無關，即無論是在定流量還是變流量工況下，特性系數A、B只與散熱器自身特性有關而與測試條件無關。這樣，我們便有可能根據散熱器標準測試得到的準則關系式進行散熱器熱特性方程求解，從而繪制散熱器的全工況選型圖。

散熱器在測試工況下，存在如下平衡方程：

（2）

（3）

（4）

（5）

式中：Q----散熱量，W；G：流量，kg/h；

tg、th、tn----供、回水溫度及室溫，℃；

t′n----測試室內溫度，一般為20℃或18℃。

式（3-1）～（3-4）即為散熱器在測試工況下的熱特性方程。

4散熱器全工況圖繪制

一般來說，散熱器產品樣本中給出的散熱量是散熱器在標準工況下的散熱量。當供熱系統的設計供回水溫度與標準工況不同時，就必須進行標準散熱量的換算。同時，為方便設計，設計人員也需要了解散熱器在各種工況下散熱量的變化。為此，繪制散熱器全工況圖十分必要。

對給定散熱器來說，其特性系統A、B可通過標準測試工況來確定，得到A、B即可求解上述熱特性方程，并繪制該散熱器的全工況圖，如圖4。其中，A=5.2914，B=1.317，室溫20℃。圖中，橫坐標為散熱器進流量，kg/h；縱坐標為散熱量，W。放射狀直線為等供回水溫差線，上拋形曲線為等供水溫度線，虛線為等回水溫度線。

圖4散熱器全工況圖（室溫20℃）

圖4中，1為標準工況點，供回水溫度95℃/70℃，溫差25℃，由橫坐標可知流量為42kg/h，由縱坐標可知散熱量為1220W。當供水溫度保持95℃不變，流量增大時，散熱器工況點將沿95℃供水曲線由1點向2點移動，2點從回水溫度為95℃/80℃，溫差15℃，此時，流量為79kg/h，散熱量為1370W；當供回水溫差保持25℃不變時，隨流量減小，散熱器工況點將沿25℃溫差線由點1向點3移動，3點供回水溫度為75℃/50℃，溫差25℃，此時，流量為26kg/h，散熱量為730W。

由圖4可知，當供水溫度不變時，隨著流量增大，散熱量增加，回水溫度升高，且二者表現為相似的趨勢，即開始時增加較快，隨后逐漸減慢并趨于飽和。對回水溫度來說，其飽和溫度即為相應的供水溫度，因此飽和散熱量可表示為：

（6）

全工況圖可作為設計時非標準工況散熱量換算的線算圖，避免設計人員進行復雜的公式計算，也可用作散熱器熱特性分

析。對于給定散熱器來說，只要已知供水溫度、回水溫度、供回水溫差、流量和散熱量五個變量中任意兩個，就可由圖查得其余三個變量的值。

5結論

散熱器熱特性系數A、B是由散熱器自身決定的，與測試條件無關。因此，在定流量標準測試條件下得出的熱特性系數可用來分析散熱器在變流量工況下的特性，進而可以建立散熱器在測試工況下的熱特性方程，繪制散熱器全工況選型圖。

參考文獻