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

篇1

1.機(jī)械能與內(nèi)能的關(guān)系

3.溫度、內(nèi)能、熱量、做功之間的關(guān)系

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

由于做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能，且二者對(duì)物體內(nèi)能的改變還是等效的，所以物體內(nèi)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(gè)過程量，不能說一個(gè)物體含有多少熱量；而內(nèi)能是物體含有能的多少，它是狀態(tài)量；熱量與溫度間存在不確定的關(guān)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(shí))；但熱量與內(nèi)能間有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，物體吸收熱量，內(nèi)能增加，放出熱量，內(nèi)能減少。

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

二、實(shí)驗(yàn)與探究

1.探究物質(zhì)的比熱容

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

(2)方案一：讓兩種物質(zhì)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(lǐng)相同；如果溫度升高量不一樣，則溫度變化量小的吸熱本領(lǐng)大，溫度變化量大的吸熱本領(lǐng)小。

(3)方案二：讓兩種物質(zhì)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(lǐng)相同；如果吸收的熱量不一樣，則吸熱多的吸熱本領(lǐng)大，吸熱少的小的吸熱本領(lǐng)小。

例題 (2007·揚(yáng)州)為了比較水和沙子容熱本領(lǐng)的大小，小明做了如右圖所示的實(shí)驗(yàn)：在2個(gè)相同的燒杯中分別裝有質(zhì)量、初溫相同的水和沙子，用兩個(gè)相同的酒精燈對(duì)其加熱，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：

(1)在此實(shí)驗(yàn)中，用加熱時(shí)間的長(zhǎng)短來表示物質(zhì)_____________________ 。

(2)分析下表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：質(zhì)量相同的水和沙子，升高相同的溫度時(shí)，水吸收的熱量_______(填“大于”或“小于”)沙子吸收的熱量。

質(zhì)量溫度升高10℃所需要的時(shí)間/s溫度升高20℃所需要的時(shí)間/s

溫度升高30℃所需要的時(shí)間/s

沙子306489124

水3096163220

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

(4)實(shí)驗(yàn)中有些同學(xué)發(fā)現(xiàn)：剛開始加熱時(shí)，情況與(3)結(jié)論不符，你認(rèn)為可能的原因是：_____________________。

【解析】 (1)用酒精燈對(duì)燒杯加熱時(shí)，燒杯中的物體吸收熱量，溫度升高，故加熱時(shí)間的長(zhǎng)短表示物質(zhì)吸收熱量的多少；(2)由于升高相同溫度水加熱需要的時(shí)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(shí)間，質(zhì)量相同的水和沙子，沙子升高的溫度更高些；(4)情況與(3)結(jié)論不符，說明沙子升高的溫度比水還低，這既可能是測(cè)量的原因，也可能是沒攪動(dòng)的原因，還可能是傳熱本領(lǐng)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(dǎo)熱性能好或沙子導(dǎo)熱性能不好，或沙子里溫度計(jì)玻璃泡插入比較淺，或沒有用攪拌棒攪動(dòng)等。

2.熱量計(jì)算的技巧

篇2

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);探究力

物理新課程標(biāo)準(zhǔn)的精神十分重視探究方法教育，重視科學(xué)探究的過程。讓學(xué)生在認(rèn)知過程中體驗(yàn)方法、學(xué)習(xí)方法，了解得出概念和規(guī)律的過程。初三物理中“比熱容”這一概念是個(gè)教學(xué)難點(diǎn).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(duì)初中學(xué)生來講考慮問題很難做到面面俱到.因而成為學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn).

一、生活中導(dǎo)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中“用酒精燈分別對(duì)沙子和水加熱相等的時(shí)間，比較它們溫度上升的快慢”，整個(gè)探究過程一直將學(xué)生的注意點(diǎn)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(rèn)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(huì)上升”、“照射時(shí)間越長(zhǎng)，為什么溫度會(huì)升得越高”“海水和沙子上升到相同的溫度，太陽光照射的時(shí)間哪個(gè)長(zhǎng)”通過這些問題將研究的方向?qū)蛭鼰帷?/p>

二、以科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)

下面談?wù)剬?duì)實(shí)驗(yàn)思路的建議，影響物體吸收熱量的因素有：物質(zhì)的種類、物體的質(zhì)量、吸收的熱量等。蘇教版的實(shí)驗(yàn)為“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的現(xiàn)象”。實(shí)驗(yàn)思路是加熱相等的時(shí)間，比較升高的溫度，邏輯關(guān)系不清。比熱容概念的核心是吸收的熱量。實(shí)驗(yàn)的邏輯應(yīng)為：改變物體的質(zhì)量、升高的溫度和物質(zhì)的種類等因素，比較吸收的熱量.此外蘇教版實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，控制質(zhì)量相同，只探究了吸收的熱量與物質(zhì)種類的關(guān)系，并沒有研究吸收的熱量與物質(zhì)質(zhì)量的關(guān)系。探究環(huán)節(jié)不完整，實(shí)驗(yàn)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性。筆者認(rèn)為物理教學(xué)的核心是教會(huì)學(xué)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(xué)性，因此必需增加研究吸收的熱量與物質(zhì)質(zhì)量的關(guān)系這一實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

在教學(xué)實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生很容易混淆熱量和溫度兩個(gè)物理量。其原因是溫度是學(xué)生可以直接觀察到的物理量，而熱量是物體內(nèi)能的轉(zhuǎn)移量，學(xué)生不易體會(huì)、也不可能直接觀察到熱量，其外在體現(xiàn)是溫度的升降，所以學(xué)生難以區(qū)分。那么在實(shí)驗(yàn)中如何引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)和度量熱量呢？筆者認(rèn)為可以從兩個(gè)角度分析：一、因果關(guān)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(gè)過程，同一熱源，傳熱的多少與傳熱時(shí)間有關(guān)。

對(duì)實(shí)驗(yàn)物質(zhì)種類的選擇。由于熱傳導(dǎo)的速度與物體間的溫度差和導(dǎo)熱系數(shù)兩個(gè)因素有關(guān)，所以實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡可能使兩個(gè)因素近似相同，吸收的熱量才與加熱時(shí)間基本成正比。經(jīng)過反復(fù)分析比較筆者發(fā)現(xiàn)水和甘油是比較理想的兩種物質(zhì)，首先兩種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)比較接近：水在200C的水導(dǎo)熱系數(shù)為0.6w/（m. 0C）， 40%的甘油在200C的水導(dǎo)熱系數(shù)為0.45w/（m. 0C），其次甘油的沸點(diǎn)為2900C，比熱容為2.4×103J/（kg?0C）與水相差較大。實(shí)驗(yàn)中使物質(zhì)升高相同的溫度，那么熱源與兩種物質(zhì)間的溫度差基本相同，物質(zhì)吸收的熱量與加熱時(shí)間基本成正比。在實(shí)際教學(xué)中，教師可采用實(shí)驗(yàn)小組的方法將探究任務(wù)進(jìn)行分配，小組間數(shù)據(jù)共享。

三、合理處理數(shù)據(jù)，提升物理學(xué)習(xí)的質(zhì)量

初中屬于物理學(xué)習(xí)的起始階段，一般是將數(shù)據(jù)記錄到表格中，再?gòu)谋砀裰袣w納總結(jié)出結(jié)論。這種數(shù)據(jù)處理方法的缺陷是物理量多、數(shù)據(jù)多且不直觀，初中階段的學(xué)生其實(shí)難以從大量的數(shù)據(jù)中總結(jié)出規(guī)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(gè)物理量，而坐標(biāo)系是二維的。那么怎樣用二維坐標(biāo)系反映三個(gè)物理量之間的關(guān)系呢？筆者認(rèn)為可以先控制一個(gè)物理量，研究另外兩個(gè)變量間的關(guān)系?？上犬嫵鲑|(zhì)量一定時(shí)，加熱時(shí)間與升高溫度的關(guān)系圖，圖像為過原點(diǎn)的直線，即質(zhì)量一定時(shí)，加熱時(shí)間與升高溫度成正比.質(zhì)量一定時(shí)，升高相同的溫度， 不同的物質(zhì)，吸收的熱量不同.

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

最后畫出加熱時(shí)間――（質(zhì)量×升高溫度）的關(guān)系圖，圖像也是過原點(diǎn)的直線，并且不同的物質(zhì)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(xiàn)象，提高思維深度

篇3

目前，對(duì)油溫的檢測(cè)大都仍采用傳統(tǒng)的感官測(cè)溫方法，靠廚師的經(jīng)驗(yàn)：一是眼看、二是手試、三是耳聽，在操作中往往要依靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)將這三種方法綜合起來對(duì)油溫進(jìn)行“估算”。由于這種經(jīng)驗(yàn)是在長(zhǎng)期不斷的實(shí)踐中摸索并總結(jié)出來的，所以對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不夠豐富的廚師來說，可能會(huì)有點(diǎn)“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(fā)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?yàn)槭澄锱c油初始溫度形成溫差。正如水勢(shì)差的存在導(dǎo)致水由高處向低處流動(dòng)，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(shù)量、原料的體積、質(zhì)地。這些因素中一種或多種在影響著油溫的變化，現(xiàn)在試作如下分析：

一、在一定質(zhì)量的油量與相同原料下，火力與油溫的關(guān)系

火力泛指因爐灶油門大小而導(dǎo)致的火焰大小，表示在單位時(shí)間內(nèi)傳遞給介質(zhì)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(duì)形成菜肴的色澤、質(zhì)感等起到了至關(guān)重要的作用。

在此設(shè)定的情況下，如果鍋下的火力不同，菜肴原料炸制的效果會(huì)有所差別。當(dāng)火力大時(shí)，原料應(yīng)在不到或剛好達(dá)到所需的溫度時(shí)下鍋，在很短的時(shí)間內(nèi)油便會(huì)迅速吸收熱量，能及時(shí)補(bǔ)充被原料吸收的熱量，達(dá)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(huì)迅速升高，原料會(huì)出現(xiàn)“過火”的現(xiàn)象；反之，當(dāng)火力較小時(shí)原料應(yīng)在略高于所需的溫度中下入，由于鍋內(nèi)油溫高，有一定的“儲(chǔ)備”能量，可以補(bǔ)助火力小的熱時(shí)進(jìn)度。在對(duì)上漿劃油的動(dòng)物性原料劃油，理論上蛋白質(zhì)在60℃～80℃范圍內(nèi)發(fā)生變化，但在實(shí)際劃油時(shí)，由于原料自身溫度較低，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)劃油往往會(huì)使原料脫漿。例如：一份肉絲用3倍于肉絲量的油進(jìn)行劃油處理，在火力較大時(shí)，油溫接近三成時(shí)下鍋，此時(shí)火力能在很短的時(shí)間內(nèi)使供給的熱量與被肉絲吸收的熱量達(dá)到平衡。相反，在火力較小時(shí)，我們應(yīng)將油溫加熱到四五成，這樣“儲(chǔ)備”熱量能補(bǔ)充油溫下降幅度內(nèi)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(guān)系

油鍋加熱原料有兩個(gè)情況：一是鍋將熱量傳遞給油；另一個(gè)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(huì)?。幌喾?，溫差便會(huì)大。例如：一只鍋內(nèi)有0.5kg的油，另一只鍋內(nèi)有2.0kg的油，同時(shí)加熱到100℃左右對(duì)一份肉絲進(jìn)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(shí)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(huì)造成“過火”。這是因?yàn)閮烧叩挠蜏仉m然一樣，但有油量的差異會(huì)導(dǎo)致熱容量(熱容量：在某一點(diǎn)溫度時(shí)一定量的介質(zhì)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(zhì)感、色澤等。如需將兩者熱量保持均衡，同一款菜肴達(dá)到相同的加熱效果，就需將盛油量少的加熱時(shí)間長(zhǎng)些，油溫升得高些；將盛油多的加熱時(shí)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(zhì)地與油溫的關(guān)系

各種原料在走油時(shí)，由于體積、質(zhì)地不一樣，走油時(shí)的油量和時(shí)間便不盡相同。一般來說，體積大、質(zhì)地細(xì)嫩的原料，宜用旺火熱油，炸制時(shí)間也短(如：整條魚、魚塊等)；體積小、質(zhì)地細(xì)嫩的原料，宜用中火溫油，走油時(shí)間也要短些(如：上漿的蝦仁、魚絲等)；體積大、質(zhì)地較魚肉稍韌的原料(如：整只雞等)，宜用中火油溫，但炸制時(shí)間要長(zhǎng)些；體積大又較為堅(jiān)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?yàn)椋后w積大、質(zhì)地細(xì)嫩的原料，因內(nèi)層厚，水分含量多，需要較高油溫及時(shí)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(huì)跟著完成，因此也就要求其炸制時(shí)間要短些。體積小、質(zhì)地細(xì)嫩的原料因內(nèi)層較薄，加熱時(shí)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(xiàn)外焦、內(nèi)質(zhì)老化的現(xiàn)象，如用中火就可調(diào)解這些不足。體積大、質(zhì)地較魚肉稍韌的原料，成熟時(shí)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(jiān)硬、緊密，所含水分也相對(duì)少。這些特點(diǎn)就決定了用中火、溫油較長(zhǎng)時(shí)間的加熱才能解決；體積小、質(zhì)地堅(jiān)韌的原料不僅水分含量少，其較強(qiáng)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(jīng)過旺火熱油的長(zhǎng)時(shí)間加熱，又會(huì)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(zhǎng)時(shí)間的加熱是解決其成熟的最佳方法。體積大又較為堅(jiān)韌的原料無論如何不宜用油來加熱成熟，因?yàn)橛蜏夭荒苁勾髩K堅(jiān)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(shù)量與油溫的關(guān)系

篇4

關(guān)鍵詞：土石壩 分布式光纖 溫度 滲流監(jiān)測(cè)

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(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、 綜述

地層中的溫度分布規(guī)律是隨著深度的增加而穩(wěn)定升高。壩區(qū)或壩基中發(fā)現(xiàn)的低溫異常一般與庫(kù)水集中滲漏有關(guān)，據(jù)此可用溫度來檢測(cè)水庫(kù)的滲漏。當(dāng)滲漏的庫(kù)水在壩體中流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)的水體會(huì)將熱量帶入或帶出壩體。這樣，大壩穩(wěn)定的溫度場(chǎng)就會(huì)受到滲漏水的擾動(dòng)。通過光纖的自發(fā)后向拉曼散射可定性地判斷大壩的滲漏狀況；通過對(duì)傳感光纖強(qiáng)制加熱，應(yīng)用熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流理論，定量地監(jiān)測(cè)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(xù)的離散介質(zhì)，熱傳導(dǎo)率很低。對(duì)于粘土，土體熱傳導(dǎo)率基本保持不變。在沒有嚴(yán)重滲漏的工況下，壩體溫度場(chǎng)基本處于穩(wěn)定。在發(fā)生滲漏的工況下，滲漏水會(huì)與壩體發(fā)生熱量交換，壩體溫度場(chǎng)會(huì)受到滲流的影響而發(fā)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(xù)介質(zhì)，滲流為連續(xù)滲流；

（2）土體的導(dǎo)熱系數(shù)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(chǎng)的滲漏模型

在壩體未發(fā)生滲漏或滲漏很小的工況下，壩體與外界沒有發(fā)生熱量交換，壩體溫度場(chǎng)基本趨于穩(wěn)定。當(dāng)壩體中存在較大滲流時(shí)，滲漏水將熱量帶入或帶出壩體，壩體的溫度場(chǎng)將發(fā)生明顯變化。溫度的變化幅度、溫度變化區(qū)域、變化延續(xù)時(shí)間取決于滲流流速、滲漏水流量和滲漏區(qū)域的面積等滲流指標(biāo)。

三、 分布式光纖滲流監(jiān)測(cè)研究

（一）、傳熱模型建立

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

對(duì)于熱傳導(dǎo)，把壩體材料簡(jiǎn)化為一個(gè)均一材料，采用導(dǎo)熱系數(shù)換算法統(tǒng)一考慮光纖和土體的導(dǎo)熱問題。對(duì)于熱對(duì)流，利用流體橫向掠過管束的對(duì)流換熱準(zhǔn)則進(jìn)行分析。

（二）、拉曼自發(fā)散射滲流監(jiān)測(cè)模型

1．模型建立

拉曼自發(fā)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(jù)壩體溫度場(chǎng)的分布規(guī)律，將壩體簡(jiǎn)化為一個(gè)溫度隨深度呈線性分布的恒溫結(jié)構(gòu)。借助光纖拉曼自發(fā)散射原理，對(duì)壩體溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在壩體不發(fā)生嚴(yán)重滲漏的工況下，監(jiān)控得到的溫度場(chǎng)是呈線性分布的溫度溫度場(chǎng)。在壩體發(fā)生嚴(yán)重滲漏的工況下，滲漏水必定會(huì)引起壩體溫度場(chǎng)的局部明顯的改變。在發(fā)生滲漏的壩體部位，其溫度場(chǎng)分布不再呈線性分布，將呈現(xiàn)出奇異點(diǎn)或奇異區(qū)域。根據(jù)溫度場(chǎng)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(cè)溫原理：向光纖發(fā)射一束脈沖光，脈沖光會(huì)向四周發(fā)射散射光。散射光一部分又會(huì)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(qiáng)度之比和溫度之間有以下關(guān)系：

（1）

式中： －－Anti-Stokes光強(qiáng)度，用A表示； －－Stokes光強(qiáng)度，用B表示

－－溫度相關(guān)系數(shù)；－－普朗克系數(shù), ；－－真空中光速, ；－－拉曼平移量, ；－－玻爾茲曼常數(shù), ；－－絕對(duì)溫度值, 。

令的值為D,則： ，單位為，帶入常輸?shù)茫?/p>

=

圖1-1 光纖拉曼散射光譜示意圖

自發(fā)式光纖溫度傳感方式主要應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)溫度的分布式測(cè)量。不需要外界輔助信號(hào)，通過光拉曼（Raman）散射特征（頻率、振幅）來表征壩體溫度場(chǎng)特性。

（三）、溫度滲流耦合方程

壩體溫度場(chǎng)變化，主要由流體與壩體土顆粒的熱傳導(dǎo)和流體與壩體土顆粒的熱對(duì)流的影響。根據(jù)能量守恒定律，單位體積的壩土，在單位時(shí)間內(nèi)，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(shí)間，s；為壩體土顆粒導(dǎo)熱系數(shù)，（這里表示由導(dǎo)熱系數(shù)換算法處理的導(dǎo)熱系數(shù)）；為水的密度，；為達(dá)西滲流速度，。

當(dāng)水流速度較大時(shí)，對(duì)流傳熱占熱量交換的大部分。這是熱傳導(dǎo)可以忽略。上式變形為：

當(dāng)滲流穩(wěn)定后，導(dǎo)數(shù)很小或?yàn)榱?，所以?/p>

在二維平面內(nèi)，,為溫度梯度，為熱流傳播速度。

則：（2）

的物理意義：溫度場(chǎng)中某一點(diǎn)的溫度傳至溫度場(chǎng)中另一點(diǎn)所需要的時(shí)間。在二維場(chǎng)中為一二維向量，即：。

（四）、強(qiáng)制加熱光纖滲流監(jiān)測(cè)模型

強(qiáng)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(qiáng)制加熱光纖滲流監(jiān)測(cè)模型基本依據(jù)是加熱光纖與壩體土料、滲漏水模型之間的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流原理。依據(jù)能量守恒定律，推導(dǎo)滲漏水的滲流流速。式中：—通電加熱光纖的功率，—以熱傳導(dǎo)方式傳輸?shù)臒崃浚詿釋?duì)流方式傳輸?shù)臒崃?。加熱光纖與壩體土料之間的傳熱主要為熱傳導(dǎo)，與滲漏水之間的傳熱主要為熱對(duì)流。

1．熱傳導(dǎo)分析

對(duì)于復(fù)雜的大壩土體采用有效導(dǎo)熱系數(shù)法。用宏觀的方法加以歸納，將實(shí)際多孔介質(zhì)傳熱問題折算為一般固體材料的導(dǎo)熱問題。根據(jù)傅里葉定律：

式中：－－為光纖通過熱傳導(dǎo)向介質(zhì)傳輸?shù)臒崃?；－－?dǎo)熱面積；－－折算后的壩體或壩基的導(dǎo)熱系數(shù)；－－溫度；－－導(dǎo)熱距離 。

利用差分格式對(duì)上式進(jìn)行變換的得： (3)

式中：－－坐標(biāo)點(diǎn)的溫度；－－坐標(biāo)+點(diǎn)的溫度；－－光纖加熱溫度影響范圍。

2、 對(duì)流傳熱分析

對(duì)于光纖和滲漏水之間的熱對(duì)流，利用流體橫向掠過管束的對(duì)流換熱準(zhǔn)則進(jìn)行分析。計(jì)算流體橫向掠過管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)應(yīng)采用如下準(zhǔn)則關(guān)系計(jì)算： （4）

式中： 和 分別為垂直于流體流動(dòng)方向和沿著流動(dòng)方向上管束之間的距離；

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

(5)

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

（6）

式中的 就是對(duì)流換熱下的導(dǎo)熱系數(shù)。上式就可以把對(duì)流換熱轉(zhuǎn)化為相當(dāng)于傳熱過程僅以熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行時(shí)的傳熱方式進(jìn)行分析。

利用式（4）、（6）就可以計(jì)算出滲漏水和光纖之間的對(duì)流換熱系數(shù)，

整理得：（7）

式（7）征數(shù)的計(jì)算：

①為外掠單管的雷諾特征數(shù)： ，其中，為滲流流速；為光纖外徑；為滲水運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)。

②為普朗特?cái)?shù)：流體力學(xué)中表征流體流動(dòng)中動(dòng)量交換與熱交換相對(duì)重要性的一個(gè)無量綱參數(shù)，反映流體物理性質(zhì)對(duì)對(duì)流傳熱過程的影響。，式中為定壓滲水比熱容； 為熱導(dǎo)率。

式（7）經(jīng)整理得：

（8）

對(duì)于式（8）中的 ,當(dāng)光纖埋設(shè)好后為一常數(shù)，記為 ，這里定義為光纖管束特征系數(shù)： 可由實(shí)驗(yàn)測(cè)算得出，得出各個(gè)溫度條件的的值，記為 ，這里定義為普朗特相對(duì)系數(shù)。則整理式（8）得：

(9)

令上式中的,則有：

就是對(duì)流換熱下的對(duì)流表面換熱系數(shù)。

3．溫度滲流流速耦合

對(duì)于滲漏，發(fā)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(fā)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(duì)比較慢。而發(fā)生滲漏的壩體部位，水流流速較大，這是對(duì)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(jù)能量守恒 （10）

式中： 為光纖通過熱傳導(dǎo)向壩體土體介質(zhì)傳輸?shù)臒崃浚?； 為滲水水流橫向掠過光纖管束對(duì)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(shè)水流流向與光纖排列方向垂直。即：

（12）

這里，假設(shè)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(shù)之間的關(guān)系算式。

當(dāng)壩體出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏，滲流流速較大時(shí)，加熱光纖的熱量大部分由流體和光纖之間的熱對(duì)流散失，所以可忽略光纖與土體之間的熱傳導(dǎo)。得：

由上式可得出如下結(jié)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(jié)果一致。當(dāng)滲流流速越大，對(duì)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(jié)果一致。當(dāng)接觸面積較大時(shí)，散失同樣的熱量，需要的對(duì)流換熱較弱，所以流體的流速就小。

4．參數(shù)分析

對(duì)于

式中： 壩體土體導(dǎo)熱系數(shù)與干密度，含水率相關(guān)。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?？障堵?；為光纖加熱的功率。

對(duì)于，式中準(zhǔn)則系數(shù)見下表，

表1：繞流管束換熱準(zhǔn)則系數(shù)值表

其中：為定義為光纖管束特征系數(shù)，當(dāng)光纖埋設(shè)好后為一常數(shù)。；為滲水導(dǎo)熱系數(shù)，當(dāng)水溫在0～100℃變化時(shí)，取值范圍為55～68)；定義為普朗特相對(duì)系數(shù)，，對(duì)與選定的傳感光纖僅與與溫度有關(guān)；為管排數(shù)目修正系數(shù)，通常取0.95～1.05；為定壓滲水比熱容，值為；為滲水運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)，取值見表。

則：（1）當(dāng)時(shí)，c=0.27、m=0.36、n=0.63、p=0，

=

（2）當(dāng)時(shí)，c=0.021、m=0.36、n=0.84、p=0

式中的都只與溫度有關(guān)，所以E是一個(gè)只與溫度有關(guān)的量。

（五）、流速監(jiān)測(cè)模型結(jié)論

通過對(duì)上述監(jiān)測(cè)模型的分析，得出如下結(jié)論：

（1）拉曼自發(fā)散射滲流監(jiān)測(cè)模型，提出了一種簡(jiǎn)便判別壩體滲漏及滲流狀況的手段。依據(jù)滲流對(duì)壩體溫度場(chǎng)的改變特性，通過壩體溫度場(chǎng)特征反演出壩體的滲漏及滲流狀況。

（2）強(qiáng)制加熱光纖滲流監(jiān)測(cè)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(guān)系；模型中的參數(shù)都是僅與溫度有關(guān)的量，故可以充分發(fā)揮分布式光纖測(cè)溫的優(yōu)越性。

（六）、滲流分析與溫度監(jiān)測(cè)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(jiān)測(cè)模型耦合分析

（1）拉曼自發(fā)散射滲流監(jiān)測(cè)模型得：；

（2）強(qiáng)制加熱光纖滲流監(jiān)測(cè)模型得：。

①管涌監(jiān)測(cè)

通過對(duì)壩體土顆粒的分析，由細(xì)粒含量和不均勻系數(shù)可判定土的滲透變形的類型。若光纖監(jiān)測(cè)流速小于等于壩體允許管涌流速，即，則大壩土體不會(huì)發(fā)生管涌滲透變形破壞。若光纖監(jiān)測(cè)流速大于壩體允許管涌流速，則大壩土體會(huì)發(fā)生管涌滲透變形破壞。

②流土監(jiān)測(cè)

通過對(duì)壩體土顆粒的分析，由細(xì)粒含量和不均勻系數(shù)可判定土的滲透變形的類型。若光纖監(jiān)測(cè)流速小于等于壩體允許流土流速，即，則大壩土體不會(huì)發(fā)生流土滲透變形破壞。若光纖監(jiān)測(cè)流速大于壩體允許流土流速，則大壩土體會(huì)發(fā)生流土滲透變形破壞。

五、結(jié)論

本文系統(tǒng)地對(duì)分布式光纖監(jiān)測(cè)滲流的理論進(jìn)行了分析研究。根據(jù)壩體溫度場(chǎng)，庫(kù)水溫度場(chǎng)的分布規(guī)律，探討了滲流與壩體溫度，加熱光纖之間的關(guān)系；根據(jù)能量守恒、多孔介質(zhì)熱傳導(dǎo)，熱對(duì)流理論，推導(dǎo)出強(qiáng)制加熱光纖監(jiān)測(cè)滲流流速的關(guān)系式；并嘗試根據(jù)達(dá)西定律，探討了管涌和流土的監(jiān)測(cè)模型。結(jié)果表明，利用光纖監(jiān)測(cè)溫度場(chǎng)來反演大壩的滲流是可行的。

拉曼自發(fā)散射監(jiān)測(cè)模型通過光纖拉曼散射原理，可以分布式地、實(shí)時(shí)地、動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)壩體溫度場(chǎng)的變化，從而簡(jiǎn)便地判斷壩體的滲漏及滲流狀況；強(qiáng)制加熱光纖滲流監(jiān)測(cè)模型依據(jù)前一監(jiān)測(cè)的成果，對(duì)溫度場(chǎng)奇異點(diǎn)或重點(diǎn)部位進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)監(jiān)測(cè)，得出滲流流速，統(tǒng)計(jì)流量，為下一步分析提供數(shù)據(jù)。

根據(jù)對(duì)壩體土料的分析，得出壩體特征部位滲透破壞形式，結(jié)合滲流流速、流量數(shù)據(jù)，對(duì)壩體的運(yùn)行工況進(jìn)行判別。

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篇5

關(guān)鍵詞地板輻射采暖對(duì)流換熱輻射換熱有限單元法

1前言

目前，低溫?zé)崴匕遢椛洳膳膳夹g(shù)在我國(guó)北方廣大地區(qū)得到相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，有的地區(qū)已形成熱點(diǎn)，并編制了地區(qū)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[1～3]。國(guó)內(nèi)外的許多研究人員也針對(duì)某一情況下地板板體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了關(guān)于傳熱的數(shù)值計(jì)算或?qū)嶒?yàn)研究，總結(jié)了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)但目前許多企業(yè)與地方標(biāo)準(zhǔn)中使用的地板散熱量的計(jì)算表都來自國(guó)外，國(guó)內(nèi)還沒有人對(duì)其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行認(rèn)真的分析與校核。從表的內(nèi)容看，也比較粗糙，沒有確切反映管徑、板體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)與厚度變化對(duì)散熱量的影響。國(guó)內(nèi)一些關(guān)于地板板采暖傳熱過程的數(shù)值模擬研究大都是把地板表面邊界條件中的對(duì)流換熱系數(shù)及當(dāng)量輻射換熱系數(shù)取為定值，而實(shí)際上它們是地板表面溫度和室溫的函數(shù)，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(jié)果。

針對(duì)我國(guó)目前對(duì)地板采暖復(fù)雜傳熱過程研究還不盡完善的情況，本文用有限單元法對(duì)非線性邊界條件下各種地面層材料與尺寸地板板體中發(fā)生的多介質(zhì)二維導(dǎo)熱問題做了數(shù)值及室溫等因素對(duì)地面散熱量影響的宣關(guān)系。

2計(jì)算過程的說明

通常地板采暖的板體結(jié)構(gòu)與外部條件如圖1所示，計(jì)算中做了如下近似與假定：地板板體內(nèi)導(dǎo)熱是二維問題；板體內(nèi)各層材料是均質(zhì)恒物性，相互緊密接觸，忽略接觸熱阻；忽略塑料管的導(dǎo)熱熱阻；用供回水平均溫度代替實(shí)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(duì)流換熱;qf－輻射換熱

圖2傳熱計(jì)算單元

基于上述假定，數(shù)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(duì)稱關(guān)系，這兩個(gè)邊界也都為絕熱邊界條件。為追求數(shù)值解盡量精確，本文的計(jì)算有下述兩個(gè)特點(diǎn)；

（1）對(duì)各種影響因素的變化進(jìn)行了更全面的計(jì)算

在上述假定的基礎(chǔ)上，影響地面向房間發(fā)熱量的因素可歸結(jié)為如下五項(xiàng)：a)水溫，b)室內(nèi)空氣與維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度，c)管徑，d）管間距，e）地面層構(gòu)造，構(gòu)在地面層各種材料的尺寸與導(dǎo)熱系數(shù)。

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

參數(shù)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(zhì)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(nèi)設(shè)計(jì)溫度15℃、18℃、20℃、22℃、24℃

供回水平均溫度35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃

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

式中右端第一項(xiàng)為對(duì)流換熱量，第二項(xiàng)為輻射換熱量，兩項(xiàng)相對(duì)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(diǎn)為：（1）許多研究人員在解決此類總是時(shí)均將對(duì)流與輻射兩個(gè)系數(shù)取為定值并相加，得到綜合換熱系數(shù)再進(jìn)行計(jì)算，這肯定是不準(zhǔn)確的。本文對(duì)對(duì)流與輻射換熱分別進(jìn)行了如實(shí)的計(jì)算；（2）中如實(shí)地使用了單元表面各節(jié)點(diǎn)的局部實(shí)際溫度值，而沒有隨意平均；（3）在計(jì)算對(duì)流換熱時(shí)，沒有簡(jiǎn)單地選取無限大平壁熱面朝上的計(jì)算公式（傳熱學(xué)基本公式），因?yàn)檫@與實(shí)際的有限空間對(duì)流換熱情況有差別。而是采用了文獻(xiàn)[6]的公式（Kilkis法）。經(jīng)本文比較驗(yàn)證，Kilkis法與傳熱學(xué)基本公式法的計(jì)算結(jié)果當(dāng)?shù)乇頊囟仍?0～40℃之間的時(shí)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(guān)的房間內(nèi)非加熱表面的面積權(quán)重平均溫度。

該溫度依賴于室內(nèi)外空氣溫度、內(nèi)墻與外墻的面積比、墻、窗的結(jié)構(gòu)與尺寸和室外風(fēng)速等因素，通常很難確定。國(guó)內(nèi)研究人員在解決這個(gè)問題時(shí)一般設(shè)定非加熱表面的面積權(quán)重平均溫度與室溫相等或者按照文獻(xiàn)[8]的方法進(jìn)行計(jì)算，但后者需要設(shè)定非加熱面的傳熱系數(shù)、與加熱房間相鄰空間的室內(nèi)溫度、室內(nèi)諸非加熱面的表面積等不確定因素，計(jì)算起來也很不方便。國(guó)外研究人員Zmeureanu等[10]曾于1987年提出了詳細(xì)的數(shù)值計(jì)算方法，但用來計(jì)算則很麻煩。Kilkis[6]于1990年提出了以用于實(shí)際設(shè)計(jì)為目的的簡(jiǎn)化表達(dá)式，但公式的應(yīng)用條件是室外溫度高于-20℃，而對(duì)于我國(guó)東北地區(qū)這個(gè)公式的使用會(huì)受到限制。要文作者經(jīng)多方查閱書籍與實(shí)驗(yàn)考證，決定采用文獻(xiàn)[9]中的結(jié)論：對(duì)于一個(gè)房間有正常外窗外門時(shí)，可以認(rèn)為該溫度比室內(nèi)空氣溫度低2°F（1.1℃）。

3計(jì)算結(jié)果

低溫?zé)崴匕遢椛洳膳膶?duì)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(guān)于地板板體在不同工況下的大量計(jì)算數(shù)據(jù)，并已做出不同變量搭配的大量計(jì)算表格，這些表格可作為修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(guān)系圖，如圖3～8所示，篇幅關(guān)系，不再說明。

圖3板體內(nèi)溫度分布趨勢(shì)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(guān)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(guān)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(guān)系

(tn=18℃，s=50mm,d=16mm,tp=45℃)

圖8熱流密度與管間的關(guān)系

(tn=18℃，s=50mm,地面層為木質(zhì)地板δ1=50mm)

參考文獻(xiàn)

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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(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987。

篇6

一、應(yīng)用熱量公式直接計(jì)算

此種類型的題目，應(yīng)注意理解熱量公式中的“溫度”。在熱量的計(jì)算中，“溫度”有三個(gè)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?！吧摺钡暮x是表示物體在初溫的基礎(chǔ)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(xí)題時(shí)應(yīng)將二者的區(qū)別講清楚，避免出錯(cuò)。

二、（a+水）吸熱，（放熱）計(jì)算

此種類型的題目，由于辨別事物時(shí)容易出現(xiàn)，先入為主的思維模式，遺漏a物質(zhì)也放熱，吸熱，在練習(xí)中應(yīng)強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)。

三、熱量計(jì)算中的利用率

例如：熱水器采用電加熱方式工作時(shí)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(shí)，如果把70%作為η=70%處理，恐怕大多數(shù)學(xué)生很難理解。在遇到這種問題時(shí)，讓學(xué)生先理解誰是有效利用的能量，誰是總能量，再將其與百分?jǐn)?shù)寫成關(guān)系式，即總量×效率=利用量，作為其中一個(gè)已知條件使用，學(xué)生則能很容易的根據(jù)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(jì)算中的混合問題

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

解這類題的關(guān)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(jì)算公式為Q吸=Q放。

將以上3個(gè)問題弄清楚，此問題則可以輕松解答。

五、注意“1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”的條件限制

在熱學(xué)計(jì)算中，要特別注意1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的條件限制。在此條件下，一定質(zhì)量的水，吸收一定熱量后，末溫最大為100°C，因?yàn)樗序v后，雖然吸熱，但溫度保持不變，因此計(jì)算有此條件的問題時(shí)，必須對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行檢查。末溫高于100℃則是錯(cuò)誤的，變化的溫度應(yīng)用100℃減去初溫；末溫低于100℃則計(jì)算無錯(cuò)，因?yàn)橛兴鼰岷鬀]有達(dá)到沸點(diǎn)的情況。

篇7

關(guān)鍵詞：學(xué)生；生長(zhǎng)點(diǎn)；設(shè)計(jì)；課堂實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G632.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2016）12-0097

《物質(zhì)的比熱》的第一課時(shí)，筆者在市優(yōu)質(zhì)課中給大家上過，今年在省學(xué)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(shí)。本節(jié)內(nèi)容老教材安排在八年級(jí)下冊(cè)，為了分散難點(diǎn)并使知識(shí)更具系統(tǒng)性移至七年級(jí)上《物質(zhì)的特性》第一節(jié)。物質(zhì)的比熱雖說是屬于物質(zhì)的特性之一，但它不像物質(zhì)的顏色、氣味、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)那么顯而易見，對(duì)于七年級(jí)的學(xué)生來說這是個(gè)抽象的概念，學(xué)生理解起來有一定的難度，是七年級(jí)上冊(cè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)?；叵胱约杭吧磉吔處煂?duì)這節(jié)課的處理，發(fā)現(xiàn)我們大多數(shù)教師在處理這節(jié)課時(shí)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(yuǎn)。她對(duì)這堂課的成功處理，對(duì)我們來說是一個(gè)很好的借鑒。對(duì)于這一課時(shí)，筆者再次進(jìn)行了創(chuàng)新嘗試。

一、課例描述：張老師是這樣處理這節(jié)內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)的

在這節(jié)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(zhì)的質(zhì)量有關(guān)，與溫度變化的大小有關(guān)的內(nèi)容。具體設(shè)置三個(gè)任務(wù)完成：任務(wù)一：完成活動(dòng)教材139頁中物體的吸熱和放熱實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)中得出熱量會(huì)從高溫物體傳到低溫物體，這個(gè)過程叫熱傳遞，傳遞的是熱量。任務(wù)二：分析任務(wù)一中的實(shí)驗(yàn)，比較不同時(shí)段傳遞的熱量得出熱傳遞的多少與溫度變化大小有關(guān)的結(jié)論。任務(wù)三：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究熱量與質(zhì)量的關(guān)系。最后總結(jié)熱傳遞量的多少與物體溫度的變化量和質(zhì)量有關(guān)。并為下節(jié)課埋下熱傳遞的多少還和其它量有關(guān)的鋪墊。這也是大部分教師的教學(xué)流程。對(duì)于教材中安排的學(xué)生活動(dòng)物質(zhì)的吸熱和放熱，教師們?cè)谏险n時(shí)都按照教材步驟完成此實(shí)驗(yàn)，一節(jié)課有了這個(gè)實(shí)驗(yàn)的支撐，教師們都很放心，覺得學(xué)生動(dòng)手過了，體驗(yàn)過了，本節(jié)課的內(nèi)容掌握也應(yīng)該不成問題了。事實(shí)是這樣嗎？

二、觀點(diǎn)碰撞：教師是這樣理解這節(jié)內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)的

在課后的小組討論中，教師對(duì)這節(jié)課進(jìn)行了細(xì)致深入的品評(píng)：

我：用一節(jié)課的時(shí)間去學(xué)習(xí)學(xué)生熟知的兩種情況有必要嗎？因?yàn)槲矬w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(zhì)量越大，吸收的熱量越多。反之，降低溫度放出熱量亦然。對(duì)于學(xué)生來說是一個(gè)普遍的生活常識(shí)，是否有必要用一節(jié)課時(shí)間去驗(yàn)證，甚至去探究這個(gè)問題。

一石激起千層浪。

王：學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)未必就是科學(xué)事實(shí)，我們要用科學(xué)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證它，體現(xiàn)我們科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。而且生活中學(xué)生是不會(huì)用溫度計(jì)去測(cè)量?jī)杀臏囟茸兓?，他們的生活?jīng)驗(yàn)還不細(xì)致。

我：我們這一節(jié)對(duì)熱量的研究是定性的，生活經(jīng)驗(yàn)千百次告訴學(xué)生物體升溫吸熱，吸熱大小與物體的溫度升高多少和質(zhì)量有關(guān)。我們不是要利用學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)為科學(xué)教學(xué)服務(wù)嗎？建構(gòu)主義理論不是說，學(xué)生的學(xué)習(xí)是建立在學(xué)生原有的認(rèn)知基礎(chǔ)上并納入學(xué)生原有的體系中的嗎？

李：我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還練習(xí)到了溫度計(jì)的使用，訓(xùn)練了科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)，比如說怎樣提出問題，怎樣設(shè)計(jì)方案，怎樣分析數(shù)據(jù)等。

我：溫度計(jì)的使用練習(xí)是第一章的內(nèi)容，這一章的重點(diǎn)在物質(zhì)的特性，我們這節(jié)重點(diǎn)是物質(zhì)的比熱，如果說為了練習(xí)溫度計(jì)的使用而安排這個(gè)實(shí)驗(yàn)是不是重點(diǎn)偏離了。我們是不是把下面影響熱傳量大小的因素――物質(zhì)的比熱提上來，好好地、細(xì)細(xì)地探究更合理些呢？因?yàn)檫@才是這節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

章：根據(jù)教參這節(jié)要兩個(gè)課時(shí)，作業(yè)本的設(shè)計(jì)也是到這里，比熱放下面一節(jié)課。如果照你這樣的話就只要一課時(shí)了。

我：我們可以把運(yùn)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(zhì)量大小的關(guān)系這部分加以充實(shí)加深。

王：你這樣就是地道的應(yīng)試教育了，把學(xué)生該有的活動(dòng)都去掉改成練習(xí)，學(xué)生動(dòng)手的體驗(yàn)是無可取代的。七年級(jí)的學(xué)生有好奇心，有探索的欲望，有動(dòng)手的興趣，我們要充分利用學(xué)生的這些特點(diǎn)，用實(shí)驗(yàn)來吸引學(xué)生，來幫助學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)。

三、實(shí)踐解惑：在實(shí)踐中摸索挖掘課堂實(shí)驗(yàn)的作用

筆者困惑了，只要?jiǎng)邮只顒?dòng)了就能體現(xiàn)素質(zhì)教育嗎？科學(xué)的本質(zhì)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(xué)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(xí)就是應(yīng)試嗎？這要看筆者做的是怎樣的練習(xí)，如果練習(xí)是重復(fù)機(jī)械的練習(xí)，死記硬背的練習(xí)當(dāng)然不可取。如果練習(xí)用深度思維進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、知識(shí)的應(yīng)用，不也是在培養(yǎng)重要的素質(zhì)？

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，筆者對(duì)自己的兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行了對(duì)比教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

703班按照教材中安排進(jìn)行物體的吸熱和放熱實(shí)驗(yàn)，對(duì)兩杯水進(jìn)行加熱并測(cè)量出溫度變化。分析兩個(gè)燒杯中水溫變化的原因，發(fā)生了熱傳遞。

704班省略此活動(dòng)，改成設(shè)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?，發(fā)現(xiàn)里面沒有熱水了，于是準(zhǔn)備用電熱壺?zé)?。學(xué)生思考討論以下四個(gè)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(gè)物體之間會(huì)發(fā)生熱傳遞，熱會(huì)如何傳遞？3. 熱傳遞會(huì)一直繼續(xù)，還是有停止的時(shí)候？4. 熱傳遞傳的“熱”和這個(gè)物體很“熱”兩個(gè)熱的意義一樣嗎？與預(yù)設(shè)的相同，對(duì)于問題1學(xué)生答出了一方面：減少水的量，只要夠泡方便面就行了。因?yàn)樯呦嗤臏囟?，水的量越少所需的熱越少。另一方面：取用飲水機(jī)中的溫水，因?yàn)榈攘康乃?，升高的溫度越少所需吸收的熱量越少。學(xué)生不僅知道物體吸收熱量的多少與物體的質(zhì)量有關(guān)，與物體升高的溫度有關(guān)，而且還能自如地運(yùn)用。對(duì)于問題2學(xué)生知道熱會(huì)從高溫物體傳向低溫物體。對(duì)于3、4兩個(gè)問題學(xué)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(shí)驗(yàn)的目的應(yīng)該就是在這里。對(duì)于學(xué)生來說難就難在熱傳遞尤其是熱量的理解。原來本節(jié)的要解決的核心問題是熱傳遞和熱量這兩個(gè)概念。我們之前都主觀臆斷了。

物體的吸熱和放熱實(shí)驗(yàn)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(quán)威，對(duì)科學(xué)課程以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)覺得這個(gè)實(shí)驗(yàn)要做，為做實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)的過程中按照教材上的布置花了六分鐘測(cè)出大小燒杯中的水溫變化，接著淺層次地分析因?yàn)樗鼈儼l(fā)生了熱傳遞，所以溫度變化了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)就此結(jié)束。如果這樣，真的沒必要做，反而浪費(fèi)了寶貴的課堂時(shí)間。

后來，筆者與同組的科學(xué)教師借班對(duì)《物質(zhì)的比熱》這節(jié)課的實(shí)施第三套教學(xué)方案。將課本中物體的吸熱和放熱實(shí)驗(yàn)做了一些修改。如下：閱讀課本4-32實(shí)驗(yàn)圖例。并完成該試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的等待時(shí)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(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，兩杯水的溫度情況如何？5. 推理一下，熱傳遞什么時(shí)候停止？實(shí)驗(yàn)活動(dòng)結(jié)束后展示我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

這樣，學(xué)生不僅完成實(shí)驗(yàn)，關(guān)注實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并且還能透過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析背后的原因。教師把學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)引導(dǎo)到溫度變化內(nèi)在的原因，為熱傳遞和熱量的教學(xué)做好鋪墊。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)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(gè)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(gè)過程量。和我們平時(shí)說的這杯水很熱不同，水很“熱”是溫度高的意思。此時(shí)回想起張老師的這節(jié)課也設(shè)計(jì)了以上教學(xué)環(huán)節(jié)，當(dāng)時(shí)覺得好繁瑣，現(xiàn)在卻能會(huì)心一笑。只有自己經(jīng)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(chǎn)生的這種共鳴將會(huì)深入內(nèi)心，成為自己教學(xué)提升的基石。

學(xué)生還有一個(gè)疑問，放出多少熱量是不是就會(huì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，小燒杯中水溫下降的度數(shù)并不等于大燒杯中水溫上升的度數(shù)，而且差距較大。可見，放出熱量的數(shù)值和降低溫度的數(shù)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(jìn)行到這里，兩杯水以達(dá)到相同溫度，引發(fā)學(xué)生思考此時(shí)它們之間還有熱傳遞嗎？充分挖掘?qū)嶒?yàn)價(jià)值，充分運(yùn)用數(shù)據(jù)。

接著，運(yùn)用第二節(jié)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(zhì)量有關(guān)的結(jié)論，為下一課時(shí)設(shè)置鋪墊。

四、反思心得：課堂實(shí)驗(yàn)需找準(zhǔn)學(xué)生生長(zhǎng)點(diǎn)精確設(shè)計(jì)

篇8

關(guān)鍵詞 柴油機(jī)尾氣；節(jié)能；熱能回收；熱值計(jì)算

中圖分類號(hào) TK16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(guó)正處于農(nóng)業(yè)大國(guó)向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)發(fā)展的階段，農(nóng)用機(jī)械的使用量逐年增加，其中大部分是以柴油為動(dòng)力，2013年中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力為103 906.8萬kW，其中近80%是以柴油為燃料。而柴油機(jī)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(jī)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(duì)于提高柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性，減少溫室氣體的排放有所幫助，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展也起到了一定的作用。

1 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

搭建試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)單缸柴油機(jī)尾氣的余熱回收利用以及尾氣凈化進(jìn)行可行性研究。將Z170F柴油機(jī)固定于試驗(yàn)架上，并將試驗(yàn)架固定于地面，防止試驗(yàn)過程中柴油機(jī)工作震動(dòng)劇烈而影響數(shù)據(jù)的獲取，也保證了試驗(yàn)操作者的安全。外包石棉網(wǎng)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(yàn)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(wǎng)的蛇皮管另一端與柴油機(jī)尾氣出口連接。試驗(yàn)裝置具體如圖2～3所示。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)定柴油機(jī)轉(zhuǎn)速

反光紙貼飛輪外沿，在不超過額定轉(zhuǎn)速下，調(diào)節(jié)到最大油門，用轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)定此時(shí)柴油機(jī)（飛輪）的轉(zhuǎn)速，再通過調(diào)節(jié)油門，保證柴油機(jī)不熄火的情況下，逐漸降低柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，使其呈穩(wěn)定遞減趨勢(shì)，并記錄各個(gè)數(shù)據(jù)。

2.2 測(cè)定尾氣流速

用蛇皮管一端連接柴油機(jī)排氣口，在蛇皮管另一端使用風(fēng)速儀在各個(gè)轉(zhuǎn)速下測(cè)出對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速柴油機(jī)的尾氣流速。外接蛇皮管測(cè)流速可以降低尾氣溫度，避免風(fēng)速儀因?yàn)楦邷卦斐傻臏y(cè)量誤差。

2.3 測(cè)定尾氣溫度

在各個(gè)轉(zhuǎn)速下，使用紅外線測(cè)溫儀和電子溫度計(jì)測(cè)量柴油機(jī)尾氣出口處的尾氣溫度，以及尾氣通入蛇皮管時(shí)的溫度。

2.4 測(cè)定水溫變化及出氣溫度

往容器中裝入4 L吸熱介質(zhì)（本試驗(yàn)中采用水），并測(cè)出吸熱介質(zhì)初溫，開動(dòng)柴油機(jī)，降溫尾氣通過蛇皮管，經(jīng)過浸入水中的金屬蛇形管，水介質(zhì)通過與金屬蛇形管外表面大面積接觸，吸收尾氣經(jīng)金屬蛇形管傳導(dǎo)出來的熱量而使水溫升高。用電子溫度計(jì)測(cè)量排向外界的尾氣溫度，以及實(shí)時(shí)測(cè)量水溫變化，并記錄最高溫度。

3 試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量參數(shù)采集

該試驗(yàn)需要測(cè)量的參數(shù)有柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、柴油機(jī)尾氣出氣口溫度、自來水初始以及終態(tài)溫度、尾氣流速、換熱管出氣口尾氣溫度，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)如圖4所示。

4 柴油機(jī)尾氣排放試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量參數(shù)

該柴油機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min左右，最高轉(zhuǎn)速為2 600 r/min，因此試驗(yàn)從1 500 r/min開始，每次增加100 r/min左右，直到2 600 r/min。啟動(dòng)柴油機(jī)至最大轉(zhuǎn)速，暖機(jī)5 min后，調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，每次改變轉(zhuǎn)速后，等柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)3 min后，用氣體溫度計(jì)測(cè)量排氣口尾氣溫度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

分析柴油機(jī)尾氣溫度與飛輪轉(zhuǎn)速的關(guān)系，以尾氣溫度為縱坐標(biāo)，飛輪轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，繪制尾氣溫度與飛輪轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線，結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯?，在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，尾氣溫度隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增大而增加，尾氣溫度與轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)趨勢(shì)。隨著轉(zhuǎn)速的增加，單位時(shí)間內(nèi)參與燃燒的混合氣數(shù)量增多，燃燒時(shí)由于燃燒室內(nèi)湍流強(qiáng)度增強(qiáng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣妊杆偬岣?，燃燒速度加快，熱量散失相?duì)減少，從而使得尾氣熱量增大[2]。

4.2 柴油機(jī)尾氣流速與轉(zhuǎn)速的關(guān)系

4.2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析。試驗(yàn)從1 500 r/min開始，每次增加100 r/min左右，直到接近額定轉(zhuǎn)速2 600 r/min。啟動(dòng)柴油機(jī)至最大轉(zhuǎn)速，暖機(jī)5 min后，調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，每次改變轉(zhuǎn)速后，等柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)3 min后，在排氣口外接尾氣輸送管，在輸送管口用風(fēng)速計(jì)測(cè)量尾氣溫度。各柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下的尾氣流速數(shù)據(jù)如表2所示。

以尾氣流量為縱坐標(biāo)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，建立尾氣流量與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線如圖6所示?？梢钥闯觯矚饬魉倥c轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)趨勢(shì)，尾氣流速隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而增大。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1 464 r/min時(shí)，尾氣的流速為21.6 m/s，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加到最大值2 545 r/min時(shí)，尾氣流速隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)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(yàn)所得水溫變化等相關(guān)數(shù)據(jù)如表3所示。建立評(píng)價(jià)傳熱速率的指標(biāo)：

Q=q/t（1）

式（1）中，q為水的吸熱量，t為通氣時(shí)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(zhuǎn)第207頁）

是4 L，水的密度是1 000 kg/m3，經(jīng)計(jì)算，各轉(zhuǎn)速下的傳熱速率如表4所示。

以傳熱為縱坐標(biāo)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，建立傳熱速率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線如圖7所示?？梢钥闯?，傳熱速率與轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)趨勢(shì)，傳熱速率隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增大。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1 464 r/min時(shí)，傳熱速率為173 J/s。傳熱速率隨轉(zhuǎn)速的增加而呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，當(dāng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速為最大值2 545 r/min時(shí)，傳熱速率增加到481 J/s。

尾氣在換熱管中流動(dòng)，熱量從尾氣經(jīng)過換熱管流向水，傳熱類型屬于對(duì)流傳熱。對(duì)流傳熱速率公式為：

Q=hFT（2）

式（2）中，h為對(duì)流傳熱系數(shù)，F(xiàn)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(shí)，傳熱速率與傳熱系數(shù)和冷熱流體溫度差有關(guān)。分析傳熱速率的變化情況，傳熱速率隨柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速增加而加強(qiáng)，原因可能與尾氣流速和冷熱流體的溫度差增加有關(guān)。尾氣流速加快，氣體湍流程度加劇，對(duì)流傳熱加劇，對(duì)流傳熱系數(shù)增大，傳熱速度加快。尾氣與水的溫差越大，傳熱速率越快。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，尾氣溫度和尾氣流速同時(shí)增大，這2個(gè)因素對(duì)傳熱都有促進(jìn)作用，因此傳熱速率隨轉(zhuǎn)速增大而增大[3-5]。

5 參考文獻(xiàn)

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[3] 張長(zhǎng)友.熱工基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2011.

篇9

地鐵熱環(huán)境的測(cè)量主要包括三個(gè)方面：

（1）地鐵熱環(huán)境參數(shù)的測(cè)量；

（2）地鐵氣流分布參數(shù)的測(cè)量；

（3）地鐵設(shè)備運(yùn)行能耗與人員負(fù)荷的測(cè)量。通過上述三個(gè)方面的測(cè)量，建立地鐵站的能量平衡關(guān)系式、風(fēng)量平衡關(guān)系式和空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷平衡關(guān)系式，為合理進(jìn)行地鐵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分析評(píng)價(jià)地鐵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行情況，優(yōu)化地鐵環(huán)控系統(tǒng)運(yùn)行管理等，提供必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地鐵熱環(huán)境測(cè)量方法

1測(cè)量背景與目的

地鐵具有不同于其他民用建筑設(shè)施的熱環(huán)境特征，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備繁多，建設(shè)資金投入巨大，如何更好的提高地鐵工程的經(jīng)濟(jì)性已成為行業(yè)發(fā)展關(guān)注的焦點(diǎn)。作為地鐵系統(tǒng)環(huán)境控制核心部分的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著地鐵線路站廳、站臺(tái)、隧道正常工況的通風(fēng)、供冷以及事故工況的火災(zāi)通風(fēng)、阻塞通風(fēng)等功能，在地鐵系統(tǒng)中占有重要的位置。地鐵系統(tǒng)運(yùn)行總能耗巨大，其中以通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗為主要組成部分。為了了解地鐵熱環(huán)境的主要特性參數(shù)及空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，分析車站能耗組成，需要進(jìn)行實(shí)際工程測(cè)量。目前由于地鐵工程的復(fù)雜性、龐大性，尚無完整、系統(tǒng)、合理的地鐵熱環(huán)境測(cè)量方法，因此需要在一定基礎(chǔ)的實(shí)際測(cè)量過程中，總結(jié)地鐵熱環(huán)境的特點(diǎn)，分析提煉出簡(jiǎn)明、合理、適用于工程應(yīng)用的測(cè)量方法，為地鐵實(shí)際工程的熱環(huán)境測(cè)量提供指導(dǎo)與幫助。

2測(cè)量原理與內(nèi)容

2.1測(cè)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(huán)境測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)站，以夏季空調(diào)系統(tǒng)開啟工況作為主要測(cè)量環(huán)境。根據(jù)熱力學(xué)基本定律，地鐵標(biāo)準(zhǔn)站能量平衡關(guān)系式與氣體流量平衡關(guān)系式分別如下：（1.1）*式中，：通過壁面進(jìn)入車站的熱量；：通過壁面流出車站的熱量；：出入口進(jìn)風(fēng)焓值；：出入口出風(fēng)焓值；：隧道列車活塞風(fēng)進(jìn)風(fēng)焓值；：隧道列車活塞風(fēng)出風(fēng)焓值；：地鐵空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)焓值；：地鐵空調(diào)系統(tǒng)回排風(fēng)焓值；：列車設(shè)備發(fā)熱量；：車站電力設(shè)備發(fā)熱量；：車站人員發(fā)熱量；（1.2）式中，：出入口進(jìn)風(fēng)量；：出入口出風(fēng)量；：列車活塞風(fēng)進(jìn)風(fēng)量；：列車活塞風(fēng)出風(fēng)量；：空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量；：空調(diào)系統(tǒng)回排風(fēng)量；在實(shí)際測(cè)量中，地鐵車站氣體流量平衡關(guān)系式具有重要意義，是能量平衡關(guān)系式成立必要前提條件，并作為檢驗(yàn)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要依據(jù)。為了進(jìn)一步詳細(xì)了解地鐵空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，根據(jù)熱力學(xué)原理，可得到空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量平衡關(guān)系式、能量平衡關(guān)系式及負(fù)荷平衡關(guān)系式：G回排風(fēng)＋G新風(fēng)＝G排風(fēng)＋G送風(fēng)（1.3）H回排風(fēng)＋H新風(fēng)＝H排風(fēng)＋H送風(fēng)＋Q冷機(jī)（1.4）綜合地鐵標(biāo)準(zhǔn)站能量平衡關(guān)系式與空調(diào)系統(tǒng)能量平衡關(guān)系式，可以得到地鐵標(biāo)準(zhǔn)站空調(diào)負(fù)荷平衡關(guān)系式，可作為評(píng)價(jià)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的依據(jù)。L空調(diào)＝L人員＋L設(shè)備＋L列車＋L新風(fēng)＋L活塞風(fēng)（1.5）根據(jù)熱力學(xué)知識(shí)，可以將能量平衡關(guān)系式中各種形式的能量計(jì)算式分別寫出：傳熱量計(jì)算公式為。其中，為壁面?zhèn)鳠崃?，為壁面瞬時(shí)熱流密度，為壁面?zhèn)鳠崦娣e，為計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)。這里規(guī)定，取值為正，因此計(jì)算出的與均為正值。空氣焓值計(jì)算公式為。其中，為流動(dòng)空氣焓值，為空氣密度，為流動(dòng)空氣瞬時(shí)速度，為計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)，為流動(dòng)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(duì)濕度的單值函數(shù)。發(fā)熱量函數(shù)關(guān)系式為。其中為總發(fā)熱量，為發(fā)熱單元數(shù)量，為發(fā)熱單元發(fā)熱功率，為發(fā)熱時(shí)間。

2.2測(cè)量?jī)?nèi)容通過對(duì)地鐵車站熱環(huán)境進(jìn)行能量平衡關(guān)系式及拓展關(guān)系式的理論分析，可以得到地鐵熱環(huán)境測(cè)量需要獲得的目標(biāo)參數(shù)，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(fā)熱單元（包括設(shè)備與人員）發(fā)熱量等。在不同的測(cè)量參數(shù)中，又分別包含不同位置、不同對(duì)象、不同時(shí)間的測(cè)量，因此地鐵熱環(huán)境的測(cè)量是相當(dāng)復(fù)雜的。

2.3測(cè)量?jī)x器針對(duì)地鐵熱環(huán)境測(cè)量的主要參數(shù)，測(cè)量使用的儀器一般有溫度計(jì)、濕度計(jì)、熱流板、風(fēng)速儀、流量計(jì)等。為了達(dá)到測(cè)量的目的和要求，所用儀器必須符合地鐵系統(tǒng)熱環(huán)境特點(diǎn)，便于實(shí)際工程應(yīng)用，否則不能滿足工程測(cè)量的要求。

3測(cè)量方法與優(yōu)化

3.1傳統(tǒng)測(cè)量方法的局限一般的工程測(cè)量，根據(jù)前期理論分析，確定測(cè)量的對(duì)象及所需儀器，按照常規(guī)測(cè)量方法即可獲得預(yù)期參數(shù)。由于地鐵系統(tǒng)自身的復(fù)雜性及特殊性，傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法在地鐵熱環(huán)境測(cè)量中具有很大的局限性，往往不能滿足實(shí)際測(cè)量的需要。地鐵熱環(huán)境測(cè)量的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在測(cè)量空間大、測(cè)點(diǎn)布置分散、測(cè)量數(shù)據(jù)多、參數(shù)變化頻繁、采集時(shí)間長(zhǎng)等方面，這就對(duì)實(shí)際測(cè)量中采用的儀器及方法有很高的要求。地鐵工程實(shí)際測(cè)量，測(cè)量?jī)x器的布置既不能影響地鐵系統(tǒng)正常運(yùn)行，還需達(dá)到采集準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的要求。通過多次測(cè)量與摸索，不斷研究相應(yīng)測(cè)量手段，同時(shí)也促進(jìn)了地鐵熱環(huán)境測(cè)量?jī)x器的開發(fā)和應(yīng)用。目前適合地鐵熱環(huán)境測(cè)量的儀器需具備以下特點(diǎn)：（1）體積小，便于布置，工作穩(wěn)定，抗震性能好；（2）記錄數(shù)據(jù)量大，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)啟動(dòng)時(shí)間及采樣步長(zhǎng)，具有較高的人工智能性；（3）測(cè)量精度高，范圍大，響應(yīng)時(shí)間短，適合動(dòng)態(tài)測(cè)量等。儀器的改進(jìn)不能完全滿足實(shí)際測(cè)量的要求，因此測(cè)量方法也需要進(jìn)行必要的優(yōu)化。這種優(yōu)化是在多次測(cè)量基礎(chǔ)上加以總結(jié)所得，更適用于實(shí)際工程測(cè)量，滿足準(zhǔn)確性要求。除進(jìn)行一定的優(yōu)化外，也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用、理論計(jì)算、誤差允許等方面的要求對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化。

3.2空氣溫度與濕度的實(shí)際測(cè)量空氣溫度與濕度作為地鐵熱環(huán)境的重要參數(shù)，是計(jì)算空氣焓值不可缺少的部分。測(cè)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(duì)濕度自記儀，自動(dòng)記錄地鐵全天運(yùn)行期間的各測(cè)點(diǎn)的溫度與濕度。地鐵系統(tǒng)各部分空氣狀態(tài)各不相同，分為逐時(shí)動(dòng)態(tài)（如室外氣象參數(shù)）與相對(duì)穩(wěn)態(tài)（如空調(diào)送風(fēng)參數(shù)）。對(duì)于動(dòng)態(tài)空氣參數(shù)可采集記錄全天大量數(shù)據(jù)，對(duì)于相對(duì)穩(wěn)態(tài)空氣參數(shù)可在正常工況下進(jìn)行一定量的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)也可在誤差允許范圍內(nèi)進(jìn)行合理的近似與簡(jiǎn)化。

3.2.1簡(jiǎn)化站廳及出入口溫度、濕度的測(cè)量通過已進(jìn)行的實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，一般情況下地鐵標(biāo)準(zhǔn)站的各出入口，在全天運(yùn)行期間，進(jìn)出空氣的狀態(tài)接近且變化趨勢(shì)近似，因此可減少出入口溫度、濕度測(cè)點(diǎn)的數(shù)目，以一個(gè)出入口的參數(shù)測(cè)量情況代表其他若干出入口空氣的狀態(tài)。若進(jìn)一步簡(jiǎn)化，近似認(rèn)為站廳空氣性質(zhì)均一，各個(gè)出入口對(duì)應(yīng)的室外氣象參數(shù)一致，則可以認(rèn)為由各出入口進(jìn)入的空氣狀態(tài)即為室外氣象參數(shù)，由各出入口流出的空氣狀態(tài)即為站廳空氣參數(shù)。圖3-1為實(shí)際測(cè)量獲得的某地鐵站三個(gè)出入口的空氣溫度逐時(shí)曲線（夏季，午后雨），變化趨勢(shì)一致，測(cè)量值近似相等；圖3-2為同一車站當(dāng)天站臺(tái)、站廳實(shí)際測(cè)量結(jié)果曲線，可近似認(rèn)為在空調(diào)季為穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)實(shí)際工程中各出入口土建結(jié)構(gòu)不同，站廳、出入口溫度分布差異較大時(shí)，應(yīng)布置不同的溫度、濕度測(cè)點(diǎn)，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。圖3-1某地鐵站實(shí)際測(cè)量三個(gè)出入口空氣溫度測(cè)量曲線圖3-2某地鐵站實(shí)際測(cè)量站廳、站臺(tái)空氣溫度測(cè)量曲線

3.2.2簡(jiǎn)化站臺(tái)及列車活塞風(fēng)溫度、濕度的測(cè)量通過已進(jìn)行的實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，區(qū)間隧道內(nèi)的空氣參數(shù)在地鐵全天運(yùn)行期間較為穩(wěn)定，由列車周期運(yùn)動(dòng)影響而產(chǎn)生的波動(dòng)幅度較小，一般溫度波動(dòng)在0.5℃，濕度波動(dòng)在15％。列車在進(jìn)站前剎車電阻已啟動(dòng)，活塞風(fēng)會(huì)吸收一部分熱量，引起站端隧道口位置空氣溫度隨列車運(yùn)行呈周期性變化較為明顯。列車在站臺(tái)?？亢?，由于軌底排風(fēng)系統(tǒng)的作用，剎車電阻剩余發(fā)熱量雖全部釋放，但僅引起站臺(tái)軌道兩側(cè)空氣溫度隨列車運(yùn)行呈周期變化（見圖3-7、圖3-8），而站臺(tái)空間的空氣狀態(tài)由空調(diào)系統(tǒng)決定。在正常工況下，可近似認(rèn)為站臺(tái)空間的溫度參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定（見圖3-2）。圖3-3為實(shí)際測(cè)量獲得的隧道區(qū)間空氣與壁面溫度隨列車周期運(yùn)行的變化情況，圖3-4為站端隧道口位置空氣溫度逐時(shí)曲線。3地鐵隧道區(qū)間某測(cè)點(diǎn)位置壁面與空氣溫度測(cè)量曲線圖3-4地鐵站端上、下游隧道口位置空氣溫度測(cè)量曲線

3.2.3簡(jiǎn)化空調(diào)系統(tǒng)溫度、濕度的測(cè)量通過理論分析與實(shí)際情況相結(jié)合，將空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備使用發(fā)熱量記入車站設(shè)備發(fā)熱量，因此不考慮風(fēng)機(jī)溫升對(duì)空氣的影響，因此空調(diào)系統(tǒng)中的空氣溫度、濕度測(cè)量不必全部測(cè)出送風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)、新風(fēng)的參數(shù)。新風(fēng)參數(shù)使用室外氣象參數(shù)即可，回風(fēng)參數(shù)與排風(fēng)參數(shù)一致，但需區(qū)分站臺(tái)回排風(fēng)與站廳回排風(fēng)。空調(diào)系統(tǒng)全天正常運(yùn)行時(shí)送風(fēng)參數(shù)應(yīng)保持不變，站廳、站臺(tái)的回排風(fēng)會(huì)有一定的波動(dòng)。實(shí)際測(cè)量情況見圖3-5、圖3-6。圖3-5某地鐵站空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)參數(shù)測(cè)量曲線圖3-6某地鐵站空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)、站廳回排風(fēng)、站臺(tái)回排風(fēng)溫度測(cè)量曲線

3.2.4簡(jiǎn)化壁面?zhèn)鳠岬臏y(cè)量為了分析車站與邊界壁面的熱交換情況，以及分析列車?？空九_(tái)時(shí)剎車電阻發(fā)熱量進(jìn)入車站系統(tǒng)的具體情況，需要對(duì)站臺(tái)軌道兩側(cè)壁面的熱流密度進(jìn)行測(cè)量。使用熱流密度板必須與壁面緊密接觸，但地鐵列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)較大，易使熱流密度板脫落，增加了實(shí)際測(cè)量的難度。因此可將壁面與空氣間熱交換的測(cè)量方法做出修改，通過測(cè)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(duì)流換熱量和輻射換熱量。通過已進(jìn)行的實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，空調(diào)正常運(yùn)行的地鐵標(biāo)準(zhǔn)站，邊界壁面溫度保持穩(wěn)定，波動(dòng)幅度很小，若認(rèn)為站臺(tái)空氣性質(zhì)均一，則車站通過壁面進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱交換。由于列車的運(yùn)行，剎車電阻發(fā)熱量一部分由隧道活塞風(fēng)吸收，其余發(fā)熱量均在列車停靠站臺(tái)時(shí)釋放。這部分釋放的熱量，一部分由車站軌底排風(fēng)系統(tǒng)排出，一部分通過空氣與壁面進(jìn)行周期性熱交換。因此，車站壁面與空氣的動(dòng)態(tài)熱交換主要集中于軌道兩側(cè)下部，尤其是列車停站時(shí)剎車電阻箱位置對(duì)應(yīng)的壁面附近為主要?jiǎng)討B(tài)熱交換區(qū)域（見圖3-11）。測(cè)量結(jié)果顯示，站臺(tái)軌道兩側(cè)空氣的溫度波動(dòng)幅度較大，充分反映出空氣瞬時(shí)能量變化的劇烈程度；但軌道兩側(cè)壁面由于熱工性質(zhì)的差異，溫度波動(dòng)幅度較之空氣顯得很小，且具有一定的遲滯現(xiàn)象（見圖3-7、圖3-8）。為在實(shí)際測(cè)量獲得站臺(tái)軌道兩側(cè)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(jié)完整列車長(zhǎng)度停車位置范圍內(nèi)，沿長(zhǎng)度方向布置溫度與濕度測(cè)點(diǎn)（見圖3-9、圖3-10），沿高度方向只需重點(diǎn)考慮下部壁面與空氣的測(cè)點(diǎn)布置（見圖3-11、圖3-12），其余未測(cè)車廂段壁面與空氣傳熱情況與測(cè)量位置車廂具有相似的變化規(guī)律。圖3-7站臺(tái)軌道內(nèi)側(cè)某測(cè)點(diǎn)A位置壁面與空氣溫度測(cè)量曲線圖3-8站臺(tái)軌道內(nèi)側(cè)某測(cè)點(diǎn)B位置壁面與空氣溫度測(cè)量曲線圖3-9某時(shí)刻（12：12）站臺(tái)軌道外側(cè)下部壁面與空氣溫度水平分布測(cè)量曲線圖3-10站臺(tái)軌道外側(cè)下部某測(cè)點(diǎn)D（圖3-11中11測(cè)點(diǎn)）壁面與空氣溫度測(cè)量曲線圖3-11站臺(tái)軌道外側(cè)某測(cè)點(diǎn)C位置壁面溫度垂直分布測(cè)量曲線圖3-12站臺(tái)軌道外側(cè)某測(cè)點(diǎn)C位置空氣溫度垂直分布測(cè)量曲線

3.3空氣流速的實(shí)際測(cè)量地鐵系統(tǒng)中風(fēng)速的測(cè)量所用方法為使用熱線風(fēng)速自記儀記錄地鐵運(yùn)行周期中某選定過流斷面內(nèi)一點(diǎn)或若干點(diǎn)處的瞬時(shí)風(fēng)速，進(jìn)而獲得通過該斷面的風(fēng)量參數(shù)。實(shí)際測(cè)量過程中根據(jù)被測(cè)風(fēng)速的三種特點(diǎn)，測(cè)量方法稍有不同，便于在工程中簡(jiǎn)單易行地實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

3.3.1單向穩(wěn)態(tài)空氣流速的測(cè)量地鐵空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)閥開啟狀態(tài)固定，各管道流量基本不變，空氣流動(dòng)近似為單向穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。實(shí)際測(cè)量中可不使用風(fēng)速自記儀記錄全天逐時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，而使用轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)杯等手持式測(cè)量?jī)x器測(cè)量空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)各相應(yīng)管道斷面、風(fēng)口等的風(fēng)速。具體測(cè)量步驟見圖3-13，測(cè)量情況見圖3-14。圖3-13不同斷面測(cè)量風(fēng)速方法示意圖圖3-14車站空調(diào)系統(tǒng)某風(fēng)口風(fēng)速測(cè)量曲線

3.3.2單向動(dòng)態(tài)空氣流速的測(cè)量：根據(jù)Stess模擬、CFD模擬及實(shí)際測(cè)量結(jié)果，當(dāng)一列地鐵列車進(jìn)入地鐵標(biāo)準(zhǔn)站時(shí)，活塞風(fēng)由上游隧道進(jìn)入車站，并由下游隧道流出車站，而同時(shí)引起站臺(tái)內(nèi)部空氣由異側(cè)線路隧道流出車站的風(fēng)量較小，因此可認(rèn)為列車活塞風(fēng)在車站四條隧道內(nèi)為單向動(dòng)態(tài)流動(dòng)，即車站四條隧道的活塞風(fēng)方向與列車運(yùn)行方向一致。在地鐵標(biāo)準(zhǔn)站活塞風(fēng)測(cè)量過程中，選擇無變徑、無彎頭、接近車站的區(qū)間隧道斷面作為測(cè)量斷面，將風(fēng)速自記儀布置于隧道壁面，并保證測(cè)頭距壁面0.8米以上，且不可超過車輛限界。由于列車運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，風(fēng)速自記儀必須放置牢固，必要時(shí)可布置備用風(fēng)速自記儀，測(cè)量情況見圖3-15。圖3-15列車活塞風(fēng)測(cè)量逐時(shí)風(fēng)速曲線圖3-16某地鐵站兩出入口風(fēng)速測(cè)量曲線

3.3.3雙向動(dòng)態(tài)空氣流速的測(cè)量地鐵車站氣流情況中，出入口空氣流動(dòng)為典型的雙向動(dòng)態(tài)流動(dòng)。測(cè)量時(shí)除了記錄逐時(shí)風(fēng)速值外，還需區(qū)分測(cè)量風(fēng)速的流動(dòng)方向。在實(shí)際測(cè)量過程中，需獲得列車運(yùn)行一個(gè)以上完整周期時(shí)出入口進(jìn)出風(fēng)的風(fēng)速，根據(jù)不同時(shí)段發(fā)車對(duì)數(shù)可計(jì)算該時(shí)段通過車站出入口進(jìn)出風(fēng)的總量。由于車站土建結(jié)構(gòu)不同，會(huì)影響各出入口空氣流速大小、流動(dòng)方向，因此一般情況下需測(cè)量每個(gè)出入口的氣流參數(shù)。實(shí)際測(cè)量情況見圖3-16。此外實(shí)際工程中出現(xiàn)的側(cè)式站臺(tái)、單洞雙線、迂回風(fēng)道、活塞風(fēng)井等形式，若需測(cè)量這些地鐵結(jié)構(gòu)中的氣流情況，一般都作為雙向動(dòng)態(tài)流動(dòng)進(jìn)行處理。

3.4統(tǒng)計(jì)參數(shù)的實(shí)際測(cè)量3.4.1人員參數(shù)的測(cè)量車站人員分為固定人員（包括車站工作人員、商業(yè)服務(wù)業(yè)人員等）與流動(dòng)人員（主要為地鐵乘客）。固定人員的數(shù)量全天逐時(shí)基本保持穩(wěn)定，發(fā)熱量計(jì)算參考靜坐（或站立）售貨狀態(tài)下人體新陳代謝率，平均停留時(shí)間按工作時(shí)間計(jì)算；流動(dòng)人員的數(shù)量全天逐時(shí)變化，高峰時(shí)段數(shù)量較大，發(fā)熱量計(jì)算參考行走（或站立）狀態(tài)下人體新陳代謝率，在車站的平均停留時(shí)間一般按照4分鐘計(jì)算。3.4.2車站設(shè)備參數(shù)的測(cè)量車站各種電力設(shè)備，如電梯、檢票機(jī)、照明等的使用時(shí)間、數(shù)量、發(fā)熱情況可根據(jù)統(tǒng)計(jì)或運(yùn)行記錄獲得。3.4.3列車設(shè)備參數(shù)的測(cè)量列車主要發(fā)熱設(shè)備為剎車電阻、列車空調(diào)冷凝器及其他附屬電力系統(tǒng)，列車設(shè)備的使用時(shí)間、數(shù)量、發(fā)熱情況可根據(jù)統(tǒng)計(jì)或運(yùn)行記錄獲得。

3.5實(shí)際測(cè)量的輔助手段通過一系列的測(cè)量方法，針對(duì)不同目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)選擇、儀器布置、數(shù)據(jù)采集，就可以獲得較為翔實(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。但常規(guī)測(cè)量方法在改進(jìn)優(yōu)化的基礎(chǔ)上也不能全部滿足測(cè)量分析需要，因此需要采用其他特殊方法或相關(guān)模擬軟件作為必要的輔助手段。例如，為驗(yàn)證空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷平衡關(guān)系式，必須計(jì)算列車活塞風(fēng)進(jìn)入站臺(tái)部分的負(fù)荷，但這部分負(fù)荷不能直接從活塞風(fēng)進(jìn)出風(fēng)的溫度、濕度、風(fēng)速等測(cè)量值求得。可在計(jì)算中引入“摻混系數(shù)”理論，通過示蹤氣體實(shí)驗(yàn)或CFD模擬可得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，解決列車活塞風(fēng)負(fù)荷對(duì)車站空調(diào)系統(tǒng)影響的問題。又如，對(duì)于地鐵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)非正常工況（如阻塞、火災(zāi)等）的驗(yàn)證目前采用實(shí)際測(cè)量方法的條件還不成熟，可通過Stess進(jìn)行模擬計(jì)算獲得相關(guān)工況的結(jié)果作為參考數(shù)據(jù)。超級(jí)秘書網(wǎng)

4測(cè)量結(jié)論與意義

通過理論分析建立的地鐵熱環(huán)境能量平衡關(guān)系式、地鐵風(fēng)量平衡關(guān)系式、地鐵空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷平衡關(guān)系式，不僅為檢驗(yàn)測(cè)量方法是否合理提供了依據(jù)，也為深入分析研究地鐵熱環(huán)境特性、空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理、評(píng)價(jià)地鐵空調(diào)系統(tǒng)能源利用經(jīng)濟(jì)性等方面提供了翔實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具有重要的實(shí)際意義與指導(dǎo)作用。通過對(duì)地鐵熱環(huán)境的實(shí)際測(cè)量，了解地鐵熱環(huán)境的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)測(cè)量過程中存在的問題，不僅促進(jìn)了相關(guān)測(cè)量?jī)x器的研發(fā)與應(yīng)用，更重要的是總結(jié)出一種較為準(zhǔn)確實(shí)用、系統(tǒng)完整的地鐵熱環(huán)境實(shí)際測(cè)量方法，并通過對(duì)測(cè)量方法的優(yōu)化與簡(jiǎn)化，拓展了地鐵熱環(huán)境測(cè)量的普遍性及應(yīng)用性。

本文論述的地鐵熱環(huán)境測(cè)量方法，經(jīng)過不同地鐵工程的數(shù)次實(shí)際測(cè)量，基本滿足工程要求，獲得了預(yù)期的數(shù)據(jù)結(jié)果。在不同的實(shí)際測(cè)量過程中，應(yīng)根據(jù)不同的被測(cè)對(duì)象、不同的工程條件、不同的目標(biāo)參數(shù)，對(duì)常規(guī)測(cè)量方法做出必要的修改及優(yōu)化，使之符合當(dāng)前測(cè)量的要求，達(dá)到工程測(cè)量的目的。

參考文獻(xiàn)

篇10

關(guān)鍵詞熱特性系數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)全工況圖

隨著計(jì)量供熱的提出，作為末端設(shè)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(fù)荷需求，又必須能夠適應(yīng)用戶對(duì)室溫調(diào)節(jié)和用熱量控制目的。另一方面，散熱器的設(shè)計(jì)工況常與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況不同，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)散熱器的標(biāo)準(zhǔn)散熱量進(jìn)行換算。所有這些都要求，對(duì)散熱器的全工況特性有一個(gè)全面的了解。本文在對(duì)散熱器熱特性深入分析的基礎(chǔ)上，得出熱特性系數(shù)與測(cè)試條件無關(guān)的結(jié)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(cè)試系統(tǒng)圖

1-被測(cè)試件；2-低位加熱水箱；3-高位加熱水箱；4-循環(huán)水泵；5-上水；

6-旁流管；7-循環(huán)管；8-流量測(cè)量裝置；9-冷水；10-表冷器；11-風(fēng)機(jī)；

12-電加熱；13-風(fēng)道；14-空氣夾層；15-測(cè)試小室

1散熱器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

散熱器傳熱方程為：

（1）

式中：A、B----散熱器熱特性系數(shù)。

上述系數(shù)A、B是在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試室中得到的。我國(guó)使用的散熱器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有ISO6149-75和GB/T13754-92。此外，世界上許多國(guó)家都制定有自己的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN4703、美國(guó)I=B=R（美國(guó)鍋爐與散熱器制造商協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)等。ISO3149-75標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行散熱器標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。小室與周圍環(huán)境隔熱，被測(cè)試件散熱量由夾層內(nèi)的人工冷源冷卻介質(zhì)逼真，以保證小室的恒溫條件，冷卻夾層和有水冷和風(fēng)冷兩種。所有散熱器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)基本原理都相同，但在具體技術(shù)參數(shù)規(guī)定上有所不同。表1為ISO3149-75標(biāo)準(zhǔn)與GT/T13754-92標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比。

散熱器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)表（1）

項(xiàng)目ISO3149-75GB/T13754-92項(xiàng)目ISO3149-75GB/T13754-92

室溫18℃20℃對(duì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)考慮到人們熱舒適要求的提高和我國(guó)供熱系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際，測(cè)試小室內(nèi)室溫由18℃提高到20℃，標(biāo)定流量時(shí)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(biāo)定溫差由25℃降為20℃，對(duì)流器的標(biāo)定溫差由12.5℃降為10℃。

為對(duì)比同一散熱器在不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下熱特性的差別，作者對(duì)天津某散熱器廠生產(chǎn)的TLD型對(duì)流散熱器按不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了四組測(cè)試，結(jié)果如下：

不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比表（2）

測(cè)試工況195℃/70℃，18℃測(cè)試工況290℃/70℃，20℃

項(xiàng)目單位工況1工況2工況3項(xiàng)目單位工況1工況2工況3

進(jìn)口溫度℃95.1270.8054.99進(jìn)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(zhǔn)室溫℃18.2118.1918.31基準(zhǔn)室溫℃20.1219.720.5

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

計(jì)算溫差℃64.3345.0732.09計(jì)算溫差℃59.8844.1031.75

散熱量W1222.43732.56447.32散熱量W4096.48702.64433.66

測(cè)試工況389℃/76℃，18℃測(cè)試工況285℃/75℃，20℃

項(xiàng)目單位工況1工況2工況3項(xiàng)目單位工況1工況2工況3

進(jìn)口溫度℃89.1070.5256.2進(jìn)口溫度℃85.1070.8055.4

出口溫度℃76.0061.8750.8出口溫度℃75.0063.5051

基準(zhǔn)室溫℃18.2618.0618.42基準(zhǔn)室溫℃20.1620.3019.91

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

計(jì)算溫差℃64.2948.1435.08計(jì)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(jié)果匯總于表3和圖2。

圖2散熱量與計(jì)算溫差關(guān)系

由圖2可以看出，四條曲線基本生命，即散熱器在不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下得到的特性系數(shù)A、B基本相同。

不同測(cè)試工況下散熱器特性系數(shù)對(duì)比用表（3）

測(cè)試工況1測(cè)試工況2測(cè)試工況3測(cè)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(cè)試

由上可知，同一散熱器在不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況下得到的特性系數(shù)A、B基本一致。但就此得出散熱器特性系數(shù)與測(cè)試條件無關(guān)的結(jié)論還尚欠充分，因?yàn)樯崞鞯臉?biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況與實(shí)際使用條件有很大不同：在標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際的變化范圍要小，而且不論何種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況，特性系數(shù)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(jì)量供熱系統(tǒng)中，散熱器的變流量調(diào)節(jié)是用戶行為節(jié)能的主要手段。因此，有必要對(duì)散熱器進(jìn)行全工況測(cè)試。為此，作者對(duì)天津某散熱器廠生產(chǎn)的LLD型對(duì)流散熱器進(jìn)行了全工況測(cè)試。其中，流量150～10kg/h；供水溫度90～60℃，結(jié)果見表4、表5、圖6。

流量工況測(cè)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(shù)值；

2.散熱器標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試室溫度20℃。

結(jié)果見表5、圖3。

圖2散熱量與計(jì)算溫差關(guān)系

散熱器變流量工況測(cè)試表（5）

供水溫度準(zhǔn)則關(guān)系式相關(guān)度R2供水溫度準(zhǔn)則關(guān)系式相關(guān)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(cè)試條件下仍保持了較好的一致相關(guān)性。

3散熱器熱特性方程

由上分析可和，散熱器熱特性系數(shù)A、B與測(cè)試條件無關(guān)，即無論是在定流量還是變流量工況下，特性系數(shù)A、B只與散熱器自身特性有關(guān)而與測(cè)試條件無關(guān)。這樣，我們便有可能根據(jù)散熱器標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試得到的準(zhǔn)則關(guān)系式進(jìn)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(cè)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(cè)試室內(nèi)溫度，一般為20℃或18℃。

式（3-1）～（3-4）即為散熱器在測(cè)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(chǎn)品樣本中給出的散熱量是散熱器在標(biāo)準(zhǔn)工況下的散熱量。當(dāng)供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)供回水溫度與標(biāo)準(zhǔn)工況不同時(shí)，就必須進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)散熱量的換算。同時(shí)，為方便設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(duì)給定散熱器來說，其特性系統(tǒng)A、B可通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(biāo)為散熱器進(jìn)流量，kg/h；縱坐標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)工況點(diǎn)，供回水溫度95℃/70℃，溫差25℃，由橫坐標(biāo)可知流量為42kg/h，由縱坐標(biāo)可知散熱量為1220W。當(dāng)供水溫度保持95℃不變，流量增大時(shí)，散熱器工況點(diǎn)將沿95℃供水曲線由1點(diǎn)向2點(diǎn)移動(dòng)，2點(diǎn)從回水溫度為95℃/80℃，溫差15℃，此時(shí)，流量為79kg/h，散熱量為1370W；當(dāng)供回水溫差保持25℃不變時(shí)，隨流量減小，散熱器工況點(diǎn)將沿25℃溫差線由點(diǎn)1向點(diǎn)3移動(dòng)，3點(diǎn)供回水溫度為75℃/50℃，溫差25℃，此時(shí)，流量為26kg/h，散熱量為730W。

由圖4可知，當(dāng)供水溫度不變時(shí)，隨著流量增大，散熱量增加，回水溫度升高，且二者表現(xiàn)為相似的趨勢(shì)，即開始時(shí)增加較快，隨后逐漸減慢并趨于飽和。對(duì)回水溫度來說，其飽和溫度即為相應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)非標(biāo)準(zhǔn)工況散熱量換算的線算圖，避免設(shè)計(jì)人員進(jìn)行復(fù)雜的公式計(jì)算，也可用作散熱器熱特性分

析。對(duì)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(gè)變量中任意兩個(gè)，就可由圖查得其余三個(gè)變量的值。

5結(jié)論

散熱器熱特性系數(shù)A、B是由散熱器自身決定的，與測(cè)試條件無關(guān)。因此，在定流量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下得出的熱特性系數(shù)可用來分析散熱器在變流量工況下的特性，進(jìn)而可以建立散熱器在測(cè)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(xiàn)