温度变化和热量的关系范文

导语：如何才能写好一篇温度变化和热量的关系，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1.机械能与内能的关系

3.温度、内能、热量、做功之间的关系

温度是物体的冷热程度，温度越高，分子动能越大，物体的内能也就越大；但由于内能不但与温度有关，而且还与分子的数目、分子间作用力有关，故温度高的物体内能不一定大。

由于做功和热传递都能改变物体的内能，且二者对物体内能的改变还是等效的，所以物体内能的改变，可能是由于热传递引起的，也可能是由于做功引起的。

热量是在热传递过程中吸收或放出的能的多少，是个过程量，不能说一个物体含有多少热量；而内能是物体含有能的多少，它是状态量；热量与温度间存在不确定的关系，有的物体吸热(或放热)后，温度升高(或降低)，有的物体吸热(或放热)后，温度不变(如晶体熔化和凝固时)；但热量与内能间有确定的对应关系，物体吸收热量，内能增加，放出热量，内能减少。

做功与内能变化间也有不确定的关系，对物体做功，物体的内能不一定增加，也可能是使物体的机械能增加；但物体对外做功，有的会使自己的机械能减少，内能不变(如小球撞击小车后，球的机械能减少，内能却不变)，有的却使物体的内能减少(如气体膨胀对外做功， 内能减少，温度降低)。所以做功、传热与物体的内能、温度的变化大都存在不确定的关系，分辨时需要我们仔细确认。

二、实验与探究

1.探究物质的比热容

(1)方法：欲研究不同物质的吸热本领，应该只让物质的种类发生变化，而控制其他的因素不变，所以运用的是控制变量法。

(2)方案一：让两种物质吸收相等的热量，观察其温度的升高量是否相同，若温度的升高量一样，则说明它们的吸热本领相同；如果温度升高量不一样，则温度变化量小的吸热本领大，温度变化量大的吸热本领小。

(3)方案二：让两种物质的温度变化量相同，观察其吸收热量的多少，若吸收的热量一样多，则它们的吸热本领相同；如果吸收的热量不一样，则吸热多的吸热本领大，吸热少的小的吸热本领小。

例题 (2007·扬州)为了比较水和沙子容热本领的大小，小明做了如右图所示的实验：在2个相同的烧杯中分别装有质量、初温相同的水和沙子，用两个相同的酒精灯对其加热，实验数据记录如下：

(1)在此实验中，用加热时间的长短来表示物质_____________________ 。

(2)分析下表中的实验数据可知：质量相同的水和沙子，升高相同的温度时，水吸收的热量_______(填“大于”或“小于”)沙子吸收的热量。

质量温度升高10℃所需要的时间/s温度升高20℃所需要的时间/s

温度升高30℃所需要的时间/s

沙子306489124

水3096163220

(3)如果加热相同的时间，质量相同的水和沙子，_______(填“沙子”或“水”)升高的温度更高。

(4)实验中有些同学发现：刚开始加热时，情况与(3)结论不符，你认为可能的原因是：_____________________。

【解析】 (1)用酒精灯对烧杯加热时，烧杯中的物体吸收热量，温度升高，故加热时间的长短表示物质吸收热量的多少；(2)由于升高相同温度水加热需要的时间多于沙子，故水吸收的热量大于沙子吸收的热量；(3)如果加热相同的时间，质量相同的水和沙子，沙子升高的温度更高些；(4)情况与(3)结论不符，说明沙子升高的温度比水还低，这既可能是测量的原因，也可能是没搅动的原因，还可能是传热本领的不同造成的。

【答案】(1)吸收的热量(的多少)；(2)大于；(3)沙子；(4)水的导热性能好或沙子导热性能不好，或沙子里温度计玻璃泡插入比较浅，或没有用搅拌棒搅动等。

2.热量计算的技巧

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关键词：物理教学;探究力

物理新课程标准的精神十分重视探究方法教育，重视科学探究的过程。让学生在认知过程中体验方法、学习方法，了解得出概念和规律的过程。初三物理中“比热容”这一概念是个教学难点.难就难在它比较抽象，要真正理解它，涉及到的温度、热量等物理量，对初中学生来讲考虑问题很难做到面面俱到.因而成为学生学习的难点.

一、生活中导入来激趣

由生活情景引入，苏教版是从“在太阳光照射下，为什么海水和沙子的温度不同”引入，猜想“沙子升温比水快”，在实验设计中“用酒精灯分别对沙子和水加热相等的时间，比较它们温度上升的快慢”，整个探究过程一直将学生的注意点引去研究温度上升的快慢，偏离研究的主题，不能做到开宗明义.笔者认为在引入“在太阳光照射下，为什么海水和沙子的温度不一样”之后，教师可提问“海水和沙子的温度为什么会上升”、“照射时间越长，为什么温度会升得越高”“海水和沙子上升到相同的温度，太阳光照射的时间哪个长”通过这些问题将研究的方向导向吸热。

二、以科学的实验研究为基础

下面谈谈对实验思路的建议，影响物体吸收热量的因素有：物质的种类、物体的质量、吸收的热量等。苏教版的实验为“探究不同物质吸热升温的现象”。实验思路是加热相等的时间，比较升高的温度，逻辑关系不清。比热容概念的核心是吸收的热量。实验的逻辑应为：改变物体的质量、升高的温度和物质的种类等因素，比较吸收的热量.此外苏教版实验设计环节，控制质量相同，只探究了吸收的热量与物质种类的关系，并没有研究吸收的热量与物质质量的关系。探究环节不完整，实验缺乏严谨性。笔者认为物理教学的核心是教会学生研究物理问题的方法，在初中物理启蒙阶段更要注重研究方法的科学性，因此必需增加研究吸收的热量与物质质量的关系这一实验环节。

在教学实践中，笔者发现学生很容易混淆热量和温度两个物理量。其原因是温度是学生可以直接观察到的物理量，而热量是物体内能的转移量，学生不易体会、也不可能直接观察到热量，其外在体现是温度的升降，所以学生难以区分。那么在实验中如何引导学生认识和度量热量呢？笔者认为可以从两个角度分析：一、因果关系，物体与热源接触，温度升高;离开热源，物体的温度不下降，吸放热量是温度变化的根本原因;二、传热的角度，传热是一个过程，同一热源，传热的多少与传热时间有关。

对实验物质种类的选择。由于热传导的速度与物体间的温度差和导热系数两个因素有关，所以实验中应尽可能使两个因素近似相同，吸收的热量才与加热时间基本成正比。经过反复分析比较笔者发现水和甘油是比较理想的两种物质，首先两种物质的导热系数比较接近：水在200C的水导热系数为0.6w/（m. 0C）， 40%的甘油在200C的水导热系数为0.45w/（m. 0C），其次甘油的沸点为2900C，比热容为2.4×103J/（kg・0C）与水相差较大。实验中使物质升高相同的温度，那么热源与两种物质间的温度差基本相同，物质吸收的热量与加热时间基本成正比。在实际教学中，教师可采用实验小组的方法将探究任务进行分配，小组间数据共享。

三、合理处理数据，提升物理学习的质量

初中属于物理学习的起始阶段，一般是将数据记录到表格中，再从表格中归纳总结出结论。这种数据处理方法的缺陷是物理量多、数据多且不直观，初中阶段的学生其实难以从大量的数据中总结出规律，所以建议使用另一种方法―― 图像处理法。这种方法更加直观了然，而这种方法的困难之处在于比热容的概念涉及到三个物理量，而坐标系是二维的。那么怎样用二维坐标系反映三个物理量之间的关系呢？笔者认为可以先控制一个物理量，研究另外两个变量间的关系。可先画出质量一定时，加热时间与升高温度的关系图，图像为过原点的直线，即质量一定时，加热时间与升高温度成正比.质量一定时，升高相同的温度， 不同的物质，吸收的热量不同.

接着画出升高温度一定时，加热时间与质量的关系图，图像也为过原点的直线，即升高温度一定时，加热时间与质量成正比.升高相同的温度， 质量相同时，不同的物质，吸收的热量不同.

最后画出加热时间――（质量×升高温度）的关系图，图像也是过原点的直线，并且不同的物质图像的倾斜程度不同，其含义为每kg的物体每升高10C所吸收的热量。

四、从物理的角度分析生活现象，提高思维深度

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目前，对油温的检测大都仍采用传统的感官测温方法，靠厨师的经验：一是眼看、二是手试、三是耳听，在操作中往往要依靠实践经验将这三种方法综合起来对油温进行“估算”。由于这种经验是在长期不断的实践中摸索并总结出来的，所以对于经验不够丰富的厨师来说，可能会有点“望油兴叹”了。但如果我们能理清影响油温变化的主要因素，知其然，并知其所以然，那么，我们就能灵活掌握油温的变化，充分发挥其积极作用。

大家知道，食物由生到熟是食物吸收了一定的热量，食物能吸收热量是因为食物与油初始温度形成温差。正如水势差的存在导致水由高处向低处流动，在热量传递过程中，影响热量传递形成温差(原料下锅后的油温与初始油温的差距)的因素有：火力的大小、油量的多少、原料数量、原料的体积、质地。这些因素中一种或多种在影响着油温的变化，现在试作如下分析：

一、在一定质量的油量与相同原料下，火力与油温的关系

火力泛指因炉灶油门大小而导致的火焰大小，表示在单位时间内传递给介质热量多少的能力。它在炸制的过程中能为原料提供源源不断的热能，直接影响着油温下降的幅度、上升的速度，对形成菜肴的色泽、质感等起到了至关重要的作用。

在此设定的情况下，如果锅下的火力不同，菜肴原料炸制的效果会有所差别。当火力大时，原料应在不到或刚好达到所需的温度时下锅，在很短的时间内油便会迅速吸收热量，能及时补充被原料吸收的热量，达到所需的温度；如果在超出所需温度较高的情况下下锅，热量在迅速平衡后，又会迅速升高，原料会出现“过火”的现象；反之，当火力较小时原料应在略高于所需的温度中下入，由于锅内油温高，有一定的“储备”能量，可以补助火力小的热时进度。在对上浆划油的动物性原料划油，理论上蛋白质在60℃～80℃范围内发生变化，但在实际划油时，由于原料自身温度较低，在这个温度范围内划油往往会使原料脱浆。例如：一份肉丝用3倍于肉丝量的油进行划油处理，在火力较大时，油温接近三成时下锅，此时火力能在很短的时间内使供给的热量与被肉丝吸收的热量达到平衡。相反，在火力较小时，我们应将油温加热到四五成，这样“储备”热量能补充油温下降幅度内的热量而合乎所需温度要求。

二、相同火力、原料的情况下，油量与油温的关系

油锅加热原料有两个情况：一是锅将热量传递给油；另一个过程是油将热传递给原料。在相同火力、原料的情况下，油量的多少，决定了加热到相同的温度不同油量所包含的原料提供源源不断的热量，与原料间的温差便会小；相反，温差便会大。例如：一只锅内有0.5kg的油，另一只锅内有2.0kg的油，同时加热到100℃左右对一份肉丝进行划油，在0.5kg的油中因温差大，很可能造成脱浆，而在2.0kg的油中便可能较适宜；若同时加热到130℃左右，0.5kg的油中划油较适宜的话，那在2.0kg的油中，因油温下降幅度小、上升速度快，就会造成“过火”。这是因为两者的油温虽然一样，但有油量的差异会导致热容量(热容量：在某一点温度时一定量的介质所包含的热量的多少)的不同，造成油温下降的幅度不同，影响着菜肴质感、色泽等。如需将两者热量保持均衡，同一款菜肴达到相同的加热效果，就需将盛油量少的加热时间长些，油温升得高些；将盛油多的加热时间短些，油温升的低些。这是从相同火力，同种原料，不同油量的角度来解释的。

三、不同原料体积、质地与油温的关系

各种原料在走油时，由于体积、质地不一样，走油时的油量和时间便不尽相同。一般来说，体积大、质地细嫩的原料，宜用旺火热油，炸制时间也短(如：整条鱼、鱼块等)；体积小、质地细嫩的原料，宜用中火温油，走油时间也要短些(如：上浆的虾仁、鱼丝等)；体积大、质地较鱼肉稍韧的原料(如：整只鸡等)，宜用中火油温，但炸制时间要长些；体积大又较为坚韧的原料，一般不宜炸制(如：大块的生牛肉)，而适宜煮、卤或酱制。这是因为：体积大、质地细嫩的原料，因内层厚，水分含量多，需要较高油温及时吸干分泌出的水分；又因其自身传热性较快，所受热阻小(热阻：热量传递中遇到的阻力)随着水分的较多泌出，成熟度也会跟着完成，因此也就要求其炸制时间要短些。体积小、质地细嫩的原料因内层较薄，加热时如用旺火热油，受温承受度过大，分泌的水分一热油的吸力不能保持平衡，因而出现外焦、内质老化的现象，如用中火就可调解这些不足。体积大、质地较鱼肉稍韧的原料，成熟时间慢些，也就决定了自身传热性较慢，而且较韧的原料因纤维组织较为坚硬、紧密，所含水分也相对少。这些特点就决定了用中火、温油较长时间的加热才能解决；体积小、质地坚韧的原料不仅水分含量少，其较强韧度的组织纤维又不是高温度的热油一定所能破坏的，但如经过旺火热油的长时间加热，又会因水分泌出的“抵抗力”不足而变得表面焦糊，因此中火温油较长时间的加热是解决其成熟的最佳方法。体积大又较为坚韧的原料无论如何不宜用油来加热成熟，因为油温不能使大块坚韧的原料熟烂，必须通过用小火慢慢煮、炖、煲的方法。

四、原料数量与油温的关系

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关键词：土石坝 分布式光纤 温度 渗流监测

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

中图分类号：TP212 文献标识码：A

一、 综述

地层中的温度分布规律是随着深度的增加而稳定升高。坝区或坝基中发现的低温异常一般与库水集中渗漏有关，据此可用温度来检测水库的渗漏。当渗漏的库水在坝体中流动时，流动的水体会将热量带入或带出坝体。这样，大坝稳定的温度场就会受到渗漏水的扰动。通过光纤的自发后向拉曼散射可定性地判断大坝的渗漏状况；通过对传感光纤强制加热，应用热传导和热对流理论，定量地监测坝体渗流状况：包括渗流流速、渗流量、渗流比降。

二、温度与渗漏模型的建立

（一）、 模型基本假定

土石坝属于连续的离散介质，热传导率很低。对于粘土，土体热传导率基本保持不变。在没有严重渗漏的工况下，坝体温度场基本处于稳定。在发生渗漏的工况下，渗漏水会与坝体发生热量交换，坝体温度场会受到渗流的影响而发生变化。本文为了通过坝体温度研究坝体渗漏，作如下假定：

（1）土体为连续介质，渗流为连续渗流；

（2）土体的导热系数不随含水率的变化而变化；

（3）忽略坝体孔隙中气相，只考虑固液两相。

（二）、基于坝体温度场的渗漏模型

在坝体未发生渗漏或渗漏很小的工况下，坝体与外界没有发生热量交换，坝体温度场基本趋于稳定。当坝体中存在较大渗流时，渗漏水将热量带入或带出坝体，坝体的温度场将发生明显变化。温度的变化幅度、温度变化区域、变化延续时间取决于渗流流速、渗漏水流量和渗漏区域的面积等渗流指标。

三、 分布式光纤渗流监测研究

（一）、传热模型建立

非渗流状态下，大坝坝体和地基处于非饱和状态。光纤和土体之间的传热方式为热传导；在渗流状态下，大坝坝体和地基处于饱和状态。光纤和土体之间的传热方式为热传导，光纤与渗水之间的传热方式为热对流。由于通常情况下，光纤，坝区和坝基的温度不会很高，故忽略热辐射。

对于热传导，把坝体材料简化为一个均一材料，采用导热系数换算法统一考虑光纤和土体的导热问题。对于热对流，利用流体横向掠过管束的对流换热准则进行分析。

（二）、拉曼自发散射渗流监测模型

1．模型建立

拉曼自发散射渗流模型是利用坝体温度的变化特征（变化幅值、变化速率、变化范围）来表征坝体的渗漏及渗流状况。依据坝体温度场的分布规律，将坝体简化为一个温度随深度呈线性分布的恒温结构。借助光纤拉曼自发散射原理，对坝体温度进行实时监控。在坝体不发生严重渗漏的工况下，监控得到的温度场是呈线性分布的温度温度场。在坝体发生严重渗漏的工况下，渗漏水必定会引起坝体温度场的局部明显的改变。在发生渗漏的坝体部位，其温度场分布不再呈线性分布，将呈现出奇异点或奇异区域。根据温度场的变化特征，反馈坝体的渗漏、渗流状况。

2．温度传感分析

分布式光纤温度传感器测温原理：向光纤发射一束脉冲光，脉冲光会向四周发射散射光。散射光一部分又会沿光纤返回入射端。散射光中的Raman散射光含有Stokes和Anti-Stokes光，这两种光强度之比和温度之间有以下关系：

（1）

式中： －－Anti-Stokes光强度，用A表示； －－Stokes光强度，用B表示

－－温度相关系数；－－普朗克系数, ；－－真空中光速, ；－－拉曼平移量, ；－－玻尔兹曼常数, ；－－绝对温度值, 。

令的值为D,则： ，单位为，带入常输得：

=

图1-1 光纤拉曼散射光谱示意图

自发式光纤温度传感方式主要应用于实现温度的分布式测量。不需要外界辅助信号，通过光拉曼（Raman）散射特征（频率、振幅）来表征坝体温度场特性。

（三）、温度渗流耦合方程

坝体温度场变化，主要由流体与坝体土颗粒的热传导和流体与坝体土颗粒的热对流的影响。根据能量守恒定律，单位体积的坝土，在单位时间内，单位温度变化吸收（放出）的能量等于外界带入（带出）的热量。即：

式中：C为坝体土颗粒比热容，；为水比热容，；T为温度，℃；t为时间，s；为坝体土颗粒导热系数，（这里表示由导热系数换算法处理的导热系数）；为水的密度，；为达西渗流速度，。

当水流速度较大时，对流传热占热量交换的大部分。这是热传导可以忽略。上式变形为：

当渗流稳定后，导数很小或为零，所以：

在二维平面内，,为温度梯度，为热流传播速度。

则：（2）

的物理意义：温度场中某一点的温度传至温度场中另一点所需要的时间。在二维场中为一二维向量，即：。

（四）、强制加热光纤渗流监测模型

强制加热光纤渗流模型是利用加热前后光纤的温度变化特征（幅值、变化速率）来表征坝体特定部位的渗漏及渗流状况。强制加热光纤渗流监测模型基本依据是加热光纤与坝体土料、渗漏水模型之间的热传导和热对流原理。依据能量守恒定律，推导渗漏水的渗流流速。式中：—通电加热光纤的功率，—以热传导方式传输的热量，—以热对流方式传输的热量。加热光纤与坝体土料之间的传热主要为热传导，与渗漏水之间的传热主要为热对流。

1．热传导分析

对于复杂的大坝土体采用有效导热系数法。用宏观的方法加以归纳，将实际多孔介质传热问题折算为一般固体材料的导热问题。根据傅里叶定律：

式中：－－为光纤通过热传导向介质传输的热量；－－导热面积；－－折算后的坝体或坝基的导热系数；－－温度；－－导热距离 。

利用差分格式对上式进行变换的得： (3)

式中：－－坐标点的温度；－－坐标+点的温度；－－光纤加热温度影响范围。

2、 对流传热分析

对于光纤和渗漏水之间的热对流，利用流体横向掠过管束的对流换热准则进行分析。计算流体横向掠过管束的平均表面传热系数应采用如下准则关系计算： （4）

式中： 和 分别为垂直于流体流动方向和沿着流动方向上管束之间的距离；

为管排数目修正系数；c、n、m及p为准则关系式中的常数。为普朗特数，取值在0.7——120； 为流体平均温度下普朗特数； 为管束壁面温度下的普朗特常数； 为外掠单管的雷诺特征数； 为努塞尔数，一个反映对流传热强弱的无量纲数。

(5)

式中：为传热膜系数；为传热面的几何特征常数，即光纤外径d； 为流体热传导率。将上述表达式写成：

（6）

式中的 就是对流换热下的导热系数。上式就可以把对流换热转化为相当于传热过程仅以热传导方式进行时的传热方式进行分析。

利用式（4）、（6）就可以计算出渗漏水和光纤之间的对流换热系数，

整理得：（7）

式（7）征数的计算：

①为外掠单管的雷诺特征数： ，其中，为渗流流速；为光纤外径；为渗水运动粘滞系数。

②为普朗特数：流体力学中表征流体流动中动量交换与热交换相对重要性的一个无量纲参数，反映流体物理性质对对流传热过程的影响。，式中为定压渗水比热容； 为热导率。

式（7）经整理得：

（8）

对于式（8）中的 ,当光纤埋设好后为一常数，记为 ，这里定义为光纤管束特征系数： 可由实验测算得出，得出各个温度条件的的值，记为 ，这里定义为普朗特相对系数。则整理式（8）得：

(9)

令上式中的,则有：

就是对流换热下的对流表面换热系数。

3．温度渗流流速耦合

对于渗漏，发生渗漏通道的坝体部位渗水流速较大，坝体颗粒被渗水水流带走。在没有发生管涌的坝体部位，通过坝体固体颗粒和正常渗水散失的热量的速率相对比较慢。而发生渗漏的坝体部位，水流流速较大，这是对流传热散失热量的速率较大，并且占热量散失的大部分。所以，根据能量守恒 （10）

式中： 为光纤通过热传导向坝体土体介质传输的热量， ； 为渗水水流横向掠过光纤管束对流换热的热量，。则

（11）

式中：为坝体颗粒与光纤的接触面积； 为光纤与渗水水流的接触面积，这里假设水流流向与光纤排列方向垂直。即：

（12）

这里，假设坝体颗粒的空隙率为e，且水流充满坝体颗粒之间的空隙。则得：（13）

式（16）为渗流流速与各特定参数之间的关系算式。

当坝体出现严重渗漏，渗流流速较大时，加热光纤的热量大部分由流体和光纤之间的热对流散失，所以可忽略光纤与土体之间的热传导。得：

由上式可得出如下结论：

（1）渗流流速与加热前后光纤的温度差成反比，温度差越小，则渗流流速越大，温度差越大，则渗流流速越小。这与理论分析结果一致。当渗流流速越大，对流换热带走的热量越多，光纤在加热后散失的热量越多，光纤温度下降的越快。

（2）渗流流速与渗流面积成反比，渗流面积越大，流速越小，这与这与理论分析结果一致。当接触面积较大时，散失同样的热量，需要的对流换热较弱，所以流体的流速就小。

4．参数分析

对于

式中： 坝体土体导热系数与干密度，含水率相关。在粘土模型中为定值，约1.0～1.2；=0.5～1.0m，为光纤温度影响距离；为坝体土体颗粒空隙率；为光纤加热的功率。

对于，式中准则系数见下表，

表1：绕流管束换热准则系数值表

其中：为定义为光纤管束特征系数，当光纤埋设好后为一常数。；为渗水导热系数，当水温在0～100℃变化时，取值范围为55～68)；定义为普朗特相对系数，，对与选定的传感光纤仅与与温度有关；为管排数目修正系数，通常取0.95～1.05；为定压渗水比热容，值为；为渗水运动粘滞系数，取值见表。

则：（1）当时，c=0.27、m=0.36、n=0.63、p=0，

=

（2）当时，c=0.021、m=0.36、n=0.84、p=0

式中的都只与温度有关，所以E是一个只与温度有关的量。

（五）、流速监测模型结论

通过对上述监测模型的分析，得出如下结论：

（1）拉曼自发散射渗流监测模型，提出了一种简便判别坝体渗漏及渗流状况的手段。依据渗流对坝体温度场的改变特性，通过坝体温度场特征反演出坝体的渗漏及渗流状况。

（2）强制加热光纤渗流监测模型，定量地探讨了坝体渗漏水流速与光纤加热前后温度差的关系；模型中的参数都是仅与温度有关的量，故可以充分发挥分布式光纤测温的优越性。

（六）、渗流分析与温度监测耦合模型

1．允许流速

（1） 允许管涌流速：

（2） 允许流土流速：

2．渗流分析与光纤渗流监测模型耦合分析

（1）拉曼自发散射渗流监测模型得：；

（2）强制加热光纤渗流监测模型得：。

①管涌监测

通过对坝体土颗粒的分析，由细粒含量和不均匀系数可判定土的渗透变形的类型。若光纤监测流速小于等于坝体允许管涌流速，即，则大坝土体不会发生管涌渗透变形破坏。若光纤监测流速大于坝体允许管涌流速，则大坝土体会发生管涌渗透变形破坏。

②流土监测

通过对坝体土颗粒的分析，由细粒含量和不均匀系数可判定土的渗透变形的类型。若光纤监测流速小于等于坝体允许流土流速，即，则大坝土体不会发生流土渗透变形破坏。若光纤监测流速大于坝体允许流土流速，则大坝土体会发生流土渗透变形破坏。

五、结论

本文系统地对分布式光纤监测渗流的理论进行了分析研究。根据坝体温度场，库水温度场的分布规律，探讨了渗流与坝体温度，加热光纤之间的关系；根据能量守恒、多孔介质热传导，热对流理论，推导出强制加热光纤监测渗流流速的关系式；并尝试根据达西定律，探讨了管涌和流土的监测模型。结果表明，利用光纤监测温度场来反演大坝的渗流是可行的。

拉曼自发散射监测模型通过光纤拉曼散射原理，可以分布式地、实时地、动态地监测坝体温度场的变化，从而简便地判断坝体的渗漏及渗流状况；强制加热光纤渗流监测模型依据前一监测的成果，对温度场奇异点或重点部位进行进一步的详细监测，得出渗流流速，统计流量，为下一步分析提供数据。

根据对坝体土料的分析，得出坝体特征部位渗透破坏形式，结合渗流流速、流量数据，对坝体的运行工况进行判别。

参考文献

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李瑞有，熊健，於三大，王志旺.土石坝渗流热监测技术研究[J].长江科学院院报.2005（12）.22(6)

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关键词地板辐射采暖对流换热辐射换热有限单元法

1前言

目前，低温热水地板辐射采暖采暖技术在我国北方广大地区得到相当规模的应用，有的地区已形成热点，并编制了地区的技术标准[1～3]。国内外的许多研究人员也针对某一情况下地板板体结构进行了关于传热的数值计算或实验研究，总结了一些宝贵的经验但目前许多企业与地方标准中使用的地板散热量的计算表都来自国外，国内还没有人对其数据的准确性进行认真的分析与校核。从表的内容看，也比较粗糙，没有确切反映管径、板体结构、材质与厚度变化对散热量的影响。国内一些关于地板板采暖传热过程的数值模拟研究大都是把地板表面边界条件中的对流换热系数及当量辐射换热系数取为定值，而实际上它们是地板表面温度和室温的函数，而且地表温度也是不均匀的，这种取定值的做法难以得到可信的结果。

针对我国目前对地板采暖复杂传热过程研究还不尽完善的情况，本文用有限单元法对非线性边界条件下各种地面层材料与尺寸地板板体中发生的多介质二维导热问题做了数值及室温等因素对地面散热量影响的宣关系。

2计算过程的说明

通常地板采暖的板体结构与外部条件如图1所示，计算中做了如下近似与假定：地板板体内导热是二维问题；板体内各层材料是均质恒物性，相互紧密接触，忽略接触热阻；忽略塑料管的导热热阻；用供回水平均温度代替实际水温；管下部绝热层热阻为无穷大。

图1地板板体与外部条件图

1－地面层;2－找平层;3－填充层;4－保温层;qd－对流换热;qf－辐射换热

图2传热计算单元

基于上述假定，数值模拟的最小单元如图2所示，单元中下边界为绝热层绝热，左边界与右边界分析为管中心垂直面与两管之间的中线，由于对称关系，这两个边界也都为绝热边界条件。为追求数值解尽量精确，本文的计算有下述两个特点；

（1）对各种影响因素的变化进行了更全面的计算

在上述假定的基础上，影响地面向房间发热量的因素可归结为如下五项：a)水温，b)室内空气与维护结构内表面温度，c)管径，d）管间距，e）地面层构造，构在地面层各种材料的尺寸与导热系数。

本文的计算程序可容许上述影响因素在合理的范围内任意变化。特别是实际中可能遇到的各种地面层材质与尺寸均列入了计算范围。这是目前已发表的数值解表格中所见不到的。

参数的取值范围列于表1。

填充层λ1=1.28W/(m2·℃)，δ1=30mm、40mm、50mm

找平层λ2=1.28W/(m2·℃)，δ2=20mm

表面层大理石λ3=2.91W/(m2·℃)，δ2=20mm

塑料地板λ3=0.048W/(m2·℃)，δ2=3mm

瓷砖λ3=1.1W/(m2·℃)，δ2=10mm

化纤地毯λ3=0.036W/(m2·℃)，δ2=10mm

木质地板λ3=0.14W/(m2·℃)，δ2=20mm

管间距100mm、125mm、150mm、175mm、200mm、225mm、250mm、300mm

管径Φ16、Φ20、Φ25

室内设计温度15℃、18℃、20℃、22℃、24℃

供回水平均温度35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃

（2）对地板上表面与房间的传热即计算单元上表面的边界条件进行了尽可能精确的处理地板上表面以对流与辐射两种方式向房间传热，因此计算单元上表面的边界条件为：

式中右端第一项为对流换热量，第二项为辐射换热量，两项相对于温差的变化都是非线性的，特别是辐射换热为高度非线性，而且地表面温度在水平方向上是变化的。本文处理该问题的特点为：（1）许多研究人员在解决此类总是时均将对流与辐射两个系数取为定值并相加，得到综合换热系数再进行计算，这肯定是不准确的。本文对对流与辐射换热分别进行了如实的计算；（2）中如实地使用了单元表面各节点的局部实际温度值，而没有随意平均；（3）在计算对流换热时，没有简单地选取无限大平壁热面朝上的计算公式（传热学基本公式），因为这与实际的有限空间对流换热情况有差别。而是采用了文献[6]的公式（Kilkis法）。经本文比较验证，Kilkis法与传热学基本公式法的计算结果当地表温度在20～40℃之间的时虽然比较接近，但还是有一定差别；（4）慎重选取了与辐射换热有关的房间内非加热表面的面积权重平均温度。

该温度依赖于室内外空气温度、内墙与外墙的面积比、墙、窗的结构与尺寸和室外风速等因素，通常很难确定。国内研究人员在解决这个问题时一般设定非加热表面的面积权重平均温度与室温相等或者按照文献[8]的方法进行计算，但后者需要设定非加热面的传热系数、与加热房间相邻空间的室内温度、室内诸非加热面的表面积等不确定因素，计算起来也很不方便。国外研究人员Zmeureanu等[10]曾于1987年提出了详细的数值计算方法，但用来计算则很麻烦。Kilkis[6]于1990年提出了以用于实际设计为目的的简化表达式，但公式的应用条件是室外温度高于-20℃，而对于我国东北地区这个公式的使用会受到限制。要文作者经多方查阅书籍与实验考证，决定采用文献[9]中的结论：对于一个房间有正常外窗外门时，可以认为该温度比室内空气温度低2°F（1.1℃）。

3计算结果

低温热水地板辐射采暖的对流换热量大致占总换热量的33%～51%。利用本文方法，作者已取得了关于地板板体在不同工况下的大量计算数据，并已做出不同变量搭配的大量计算表格，这些表格可作为修订标准时的参考，篇幅所限，容另行介绍。本文给出反映各影响因素与散热量关系图，如图3～8所示，篇幅关系，不再说明。

图3板体内温度分布趋势图

图4地板板体表面温度表分析图

图5热流密度与水温的关系

(s=100mm,d=16mm,δ2=50mm,地面层为大理石)

图6热流密度与管间距之间的关系

(tp=45℃，tn=18℃，δ1=50mm,地面层为大理石)

图7热流密度与填充度的关系

(tn=18℃，s=50mm,d=16mm,tp=45℃)

图8热流密度与管间的关系

(tn=18℃，s=50mm,地面层为木质地板δ1=50mm)

参考文献

1低温热水地板辐射供暖应用技术规程（DBJT01-49-00）

2改性聚丙烯管地板辐射采暖、建筑给水及热水供应技术标准（试行）（DB22T166-98）

3地板国徽采暖铝塑复合管道工程技术规程（DB23T692-00）

4宗立华，塑料埋管地板辐射供暖的热性能分析，暖通空调，2000，30（1）：6～8

5胡松涛，于慧俐，李绪泉，宗立华，地板辐射供暖系统运行工况动态仿真，暖通空调，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

8陆耀庆，供热通风设计手册，北京：中国建筑工业出版社，1987。

篇6

一、应用热量公式直接计算

此种类型的题目，应注意理解热量公式中的“温度”。在热量的计算中，“温度”有三个含义，即初温、末温、变化温度，例如：金属块的温度从20℃升高80℃，“升高”与“升高到”的含义是不同的。“升高”的含义是表示物体在初温的基础上温度升高了多少，它等于末温与初温之差，即变化的温度；而“升高到”却表示的是物体吸热后的末温。做此种习题时应将二者的区别讲清楚，避免出错。

二、（a+水）吸热，（放热）计算

此种类型的题目，由于辨别事物时容易出现，先入为主的思维模式，遗漏a物质也放热，吸热，在练习中应强调这一点。

三、热量计算中的利用率

例如：热水器采用电加热方式工作时的效率为70%，要使120千克的水由15℃升高到45℃，消耗的电能是多少焦耳？在分析时，如果把70%作为η=70%处理，恐怕大多数学生很难理解。在遇到这种问题时，让学生先理解谁是有效利用的能量，谁是总能量，再将其与百分数写成关系式，即总量×效率=利用量，作为其中一个已知条件使用，学生则能很容易的根据这一已知条件，找到求未知量电能的公式W电=Q水/70%，求出Q水吸收，电能即可求出。

四、热量计算中的混合问题

例如：要配制m=10kg，t=60℃的温水，现有足量的t1=15℃的水和t2=90℃的水，则应各取多少千克相混合而成？（不计算热量损失）

解这类题的关键是：

1.要分清吸热物体和放热物体；

2.混合温度即是吸热物体与放热物体的末温；

3.计算公式为Q吸=Q放。

将以上3个问题弄清楚，此问题则可以轻松解答。

五、注意“1标准大气压”的条件限制

在热学计算中，要特别注意1标准大气压的条件限制。在此条件下，一定质量的水，吸收一定热量后，末温最大为100°C，因为水沸腾后，虽然吸热，但温度保持不变，因此计算有此条件的问题时，必须对所得结果进行检查。末温高于100℃则是错误的，变化的温度应用100℃减去初温；末温低于100℃则计算无错，因为有水吸热后没有达到沸点的情况。

篇7

关键词：学生；生长点；设计；课堂实验

中图分类号：G632.0 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）12-0097

《物质的比热》的第一课时，笔者在市优质课中给大家上过，今年在省学科带头人培班送教中又有幸聆听了浙派名师张银惠教师来展示这一课时。本节内容老教材安排在八年级下册，为了分散难点并使知识更具系统性移至七年级上《物质的特性》第一节。物质的比热虽说是属于物质的特性之一，但它不像物质的颜色、气味、熔点、沸点那么显而易见，对于七年级的学生来说这是个抽象的概念，学生理解起来有一定的难度，是七年级上册的重点和难点。回想自己及身边教师对这节课的处理，发现我们大多数教师在处理这节课时存在诸多问题，再与张银惠教师的课堂展示相比较，相去甚远。她对这堂课的成功处理，对我们来说是一个很好的借鉴。对于这一课时，笔者再次进行了创新尝试。

一、课例描述：张老师是这样处理这节内容中的实验的

在这节课中，张老师完成了影响热传递过程中传递的热量多少与物质的质量有关，与温度变化的大小有关的内容。具体设置三个任务完成：任务一：完成活动教材139页中物体的吸热和放热实验。从实验中得出热量会从高温物体传到低温物体，这个过程叫热传递，传递的是热量。任务二：分析任务一中的实验，比较不同时段传递的热量得出热传递的多少与温度变化大小有关的结论。任务三：设计实验探究热量与质量的关系。最后总结热传递量的多少与物体温度的变化量和质量有关。并为下节课埋下热传递的多少还和其它量有关的铺垫。这也是大部分教师的教学流程。对于教材中安排的学生活动物质的吸热和放热，教师们在上课时都按照教材步骤完成此实验，一节课有了这个实验的支撑，教师们都很放心，觉得学生动手过了，体验过了，本节课的内容掌握也应该不成问题了。事实是这样吗？

二、观点碰撞：教师是这样理解这节内容中的实验的

在课后的小组讨论中，教师对这节课进行了细致深入的品评：

我：用一节课的时间去学习学生熟知的两种情况有必要吗？因为物体升温要吸收热量，温度升得越高吸收的热量越多，升高相同的温度，物体质量越大，吸收的热量越多。反之，降低温度放出热量亦然。对于学生来说是一个普遍的生活常识，是否有必要用一节课时间去验证，甚至去探究这个问题。

一石激起千层浪。

王：学生已有的生活经验未必就是科学事实，我们要用科学实验去验证它，体现我们科学的严谨性。而且生活中学生是不会用温度计去测量两杯水的温度变化的，他们的生活经验还不细致。

我：我们这一节对热量的研究是定性的，生活经验千百次告诉学生物体升温吸热，吸热大小与物体的温度升高多少和质量有关。我们不是要利用学生的生活经验为科学教学服务吗？建构主义理论不是说，学生的学习是建立在学生原有的认知基础上并纳入学生原有的体系中的吗？

李：我们这个实验设计还练习到了温度计的使用，训练了科学探究的各个环节，比如说怎样提出问题，怎样设计方案，怎样分析数据等。

我：温度计的使用练习是第一章的内容，这一章的重点在物质的特性，我们这节重点是物质的比热，如果说为了练习温度计的使用而安排这个实验是不是重点偏离了。我们是不是把下面影响热传量大小的因素――物质的比热提上来，好好地、细细地探究更合理些呢？因为这才是这节的重点和难点。

章：根据教参这节要两个课时，作业本的设计也是到这里，比热放下面一节课。如果照你这样的话就只要一课时了。

我：我们可以把运用部分加大，然后把热传递中传递热量的多少与温度变化和质量大小的关系这部分加以充实加深。

王：你这样就是地道的应试教育了，把学生该有的活动都去掉改成练习，学生动手的体验是无可取代的。七年级的学生有好奇心，有探索的欲望，有动手的兴趣，我们要充分利用学生的这些特点，用实验来吸引学生，来帮助学生理解科学知识。

三、实践解惑：在实践中摸索挖掘课堂实验的作用

笔者困惑了，只要动手活动了就能体现素质教育吗？科学的本质是探究，那也得探究有意义的问题，明明知道的还探，谁还有兴趣。学生无非也就是配合教师罢了，形成一种课堂的表面繁荣。这不曲解了探究？做练习就是应试吗？这要看笔者做的是怎样的练习，如果练习是重复机械的练习，死记硬背的练习当然不可取。如果练习用深度思维进行数据的分析、知识的应用，不也是在培养重要的素质？

实践是检验真理的唯一标准，笔者对自己的两个班级进行了对比教学实验。

703班按照教材中安排进行物体的吸热和放热实验，对两杯水进行加热并测量出温度变化。分析两个烧杯中水温变化的原因，发生了热传递。

704班省略此活动，改成设置问题情境：早晨，小明起床了，来不及做饭，就想泡方便面吃。可是一拿暖瓶，发现里面没有热水了，于是准备用电热壶烧水。学生思考讨论以下四个问题：1. 小明该如何才能尽快地把水烧开？2. 温度不同的两个物体之间会发生热传递，热会如何传递？3. 热传递会一直继续，还是有停止的时候？4. 热传递传的“热”和这个物体很“热”两个热的意义一样吗？与预设的相同，对于问题1学生答出了一方面：减少水的量，只要够泡方便面就行了。因为升高相同的温度，水的量越少所需的热越少。另一方面：取用饮水机中的温水，因为等量的水，升高的温度越少所需吸收的热量越少。学生不仅知道物体吸收热量的多少与物体的质量有关，与物体升高的温度有关，而且还能自如地运用。对于问题2学生知道热会从高温物体传向低温物体。对于3、4两个问题学生迷糊了。

（上接第97页）

笔者顿悟了，书上安排物体吸热和放热实验的目的应该就是在这里。对于学生来说难就难在热传递尤其是热量的理解。原来本节的要解决的核心问题是热传递和热量这两个概念。我们之前都主观臆断了。

物体的吸热和放热实验要做，但不是我们之前的那种做法。我们之前很多是畏于教材的权威，对科学课程以实验为基础的认识觉得这个实验要做，为做实验而做实验。在教学的过程中按照教材上的布置花了六分钟测出大小烧杯中的水温变化，接着浅层次地分析因为它们发生了热传递，所以温度变化了。这个实验就此结束。如果这样，真的没必要做，反而浪费了宝贵的课堂时间。

后来，笔者与同组的科学教师借班对《物质的比热》这节课的实施第三套教学方案。将课本中物体的吸热和放热实验做了一些修改。如下：阅读课本4-32实验图例。并完成该试验。在实验的等待时间里小声讨论下列问题，并尝试填写表格。1. 大烧杯和小烧杯中水的温度怎样变化？2. 引起两个烧杯中水温变化的原因是什么？3. 两杯水之间的热传递有方向吗？是怎样的？4. 实验结束时，两杯水的温度情况如何？5. 推理一下，热传递什么时候停止？实验活动结束后展示我们的实验结果。

这样，学生不仅完成实验，关注实验现象并且还能透过实验现象分析背后的原因。教师把学生的关注点引导到温度变化内在的原因，为热传递和热量的教学做好铺垫。通过实验学生深刻感受到高温物体放出热，温度降低；低温物体吸收了热，温度升高，这个过程就叫热传递。物体吸收或者放出的热的多少叫热量，热量是一个过程量。和我们平时说的这杯水很热不同，水很“热”是温度高的意思。此时回想起张老师的这节课也设计了以上教学环节，当时觉得好繁琐，现在却能会心一笑。只有自己经历过了才能体味其中的用心良苦，好课还要有耐心和慧心去感悟，而听课教师最终所能产生的这种共鸣将会深入内心，成为自己教学提升的基石。

学生还有一个疑问，放出多少热量是不是就会降低多少温度？小烧杯中热水放出的热主要是给大烧杯冷水吸收的，但我们分析实验数据发现，小烧杯中水温下降的度数并不等于大烧杯中水温上升的度数，而且差距较大。可见，放出热量的数值和降低温度的数值并不相等。温度是表示物体冷热程度的物理量，热量是热传递过程量。课堂进行到这里，两杯水以达到相同温度，引发学生思考此时它们之间还有热传递吗？充分挖掘实验价值，充分运用数据。

接着，运用第二节课中如何让教师尽快喝到水的情景推而广之，得出物体吸收热量的多少还与物体的质量有关的结论，为下一课时设置铺垫。

四、反思心得：课堂实验需找准学生生长点精确设计

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关键词 柴油机尾气；节能；热能回收；热值计算

中图分类号 TK16 文献标识码 A 文章编号 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

我国正处于农业大国向农业强国发展的阶段，农用机械的使用量逐年增加，其中大部分是以柴油为动力，2013年中国农业机械总动力为103 906.8万kW，其中近80%是以柴油为燃料。而柴油机的能量利用率却只有30%～40%，58%～70%的热量被冷却水、尾气及柴油机自身散热等带走[1]，通过尾气排放到外界丧失的热量占大部分。若能将此余热回收利用，对于提高柴油机燃油经济性，减少温室气体的排放有所帮助，对农业发展也起到了一定的作用。

1 试验装置设计

搭建试验平台，对单缸柴油机尾气的余热回收利用以及尾气净化进行可行性研究。将Z170F柴油机固定于试验架上，并将试验架固定于地面，防止试验过程中柴油机工作震动剧烈而影响数据的获取，也保证了试验操作者的安全。外包石棉网的蛇皮管一端与金属蛇形管紧密连接，并用管箍锁紧，防止漏气造成热量损失，金属蛇形管作为换热器试验材料，弯曲盘置于水容器中（图1），水容器外壁包裹石棉布，减少水温散失。外包石棉网的蛇皮管另一端与柴油机尾气出口连接。试验装置具体如图2～3所示。

2 试验方案设计

2.1 测定柴油机转速

反光纸贴飞轮外沿，在不超过额定转速下，调节到最大油门，用转速计测定此时柴油机（飞轮）的转速，再通过调节油门，保证柴油机不熄火的情况下，逐渐降低柴油机转速，使其呈稳定递减趋势，并记录各个数据。

2.2 测定尾气流速

用蛇皮管一端连接柴油机排气口，在蛇皮管另一端使用风速仪在各个转速下测出对应转速柴油机的尾气流速。外接蛇皮管测流速可以降低尾气温度，避免风速仪因为高温造成的测量误差。

2.3 测定尾气温度

在各个转速下，使用红外线测温仪和电子温度计测量柴油机尾气出口处的尾气温度，以及尾气通入蛇皮管时的温度。

2.4 测定水温变化及出气温度

往容器中装入4 L吸热介质（本试验中采用水），并测出吸热介质初温，开动柴油机，降温尾气通过蛇皮管，经过浸入水中的金属蛇形管，水介质通过与金属蛇形管外表面大面积接触，吸收尾气经金属蛇形管传导出来的热量而使水温升高。用电子温度计测量排向外界的尾气温度，以及实时测量水温变化，并记录最高温度。

3 试验系统测量参数采集

该试验需要测量的参数有柴油机转速、柴油机尾气出气口温度、自来水初始以及终态温度、尾气流速、换热管出气口尾气温度，数据采集点如图4所示。

4 柴油机尾气排放试验

4.1 试验系统测量参数

该柴油机的最低稳定转速为1 500 r/min左右，最高转速为2 600 r/min，因此试验从1 500 r/min开始，每次增加100 r/min左右，直到2 600 r/min。启动柴油机至最大转速，暖机5 min后，调节柴油机转速，每次改变转速后，等柴油机运转3 min后，用气体温度计测量排气口尾气温度，试验数据如表1所示。

分析柴油机尾气温度与飞轮转速的关系，以尾气温度为纵坐标，飞轮转速为横坐标，绘制尾气温度与飞轮转速关系曲线，结果如图5所示。可以看出，在柴油机转速范围内，尾气温度随柴油机转速增大而增加，尾气温度与转速呈正相关趋势。随着转速的增加，单位时间内参与燃烧的混合气数量增多，燃烧时由于燃烧室内湍流强度增强，火焰传播速度迅速提高，燃烧速度加快，热量散失相对减少，从而使得尾气热量增大[2]。

4.2 柴油机尾气流速与转速的关系

4.2.1 试验数据与分析。试验从1 500 r/min开始，每次增加100 r/min左右，直到接近额定转速2 600 r/min。启动柴油机至最大转速，暖机5 min后，调节柴油机转速，每次改变转速后，等柴油机运转3 min后，在排气口外接尾气输送管，在输送管口用风速计测量尾气温度。各柴油机转速下的尾气流速数据如表2所示。

以尾气流量为纵坐标，柴油机转速为横坐标，建立尾气流量与转速关系曲线如图6所示。可以看出，尾气流速与转速呈正相关趋势，尾气流速随柴油机转速的增大而增大。柴油机转速为1 464 r/min时，尾气的流速为21.6 m/s，当柴油机转速增加到最大值2 545 r/min时，尾气流速随柴油机转速的增加而增加到36.5 m/s。

4.2.2 换热管传热速率的影响因素分析。试验所得水温变化等相关数据如表3所示。建立评价传热速率的指标：

Q=q/t（1）

式（1）中，q为水的吸热量，t为通气时间，q=cmt，其中c为水的比热容，水的比热容是4.2 kJ/（kg・℃），水的体积（下转第207页）

是4 L，水的密度是1 000 kg/m3，经计算，各转速下的传热速率如表4所示。

以传热为纵坐标，柴油机转速为横坐标，建立传热速率与转速关系曲线如图7所示。可以看出，传热速率与转速呈正相关趋势，传热速率随着柴油机转速的增加而增大。柴油机转速为1 464 r/min时，传热速率为173 J/s。传热速率随转速的增加而呈现上升的趋势，当柴油机的转速为最大值2 545 r/min时，传热速率增加到481 J/s。

尾气在换热管中流动，热量从尾气经过换热管流向水，传热类型属于对流传热。对流传热速率公式为：

Q=hFT（2）

式（2）中，h为对流传热系数，F为传热面积，T为冷热流体的平均温差。

由公式可以看出，在传热面积F一定时，传热速率与传热系数和冷热流体温度差有关。分析传热速率的变化情况，传热速率随柴油机的转速增加而加强，原因可能与尾气流速和冷热流体的温度差增加有关。尾气流速加快，气体湍流程度加剧，对流传热加剧，对流传热系数增大，传热速度加快。尾气与水的温差越大，传热速率越快。当柴油机转速增大时，尾气温度和尾气流速同时增大，这2个因素对传热都有促进作用，因此传热速率随转速增大而增大[3-5]。

5 参考文献

[1] 张海波，万会发，林伟初.渔船柴油机尾气余热利用探讨[J].中国水运，2013，13（12）：162-164.

[2] 任宪忠.柴油机尾气热量排放规律及其应用研究[D].沈阳：东北农业大学，2000.

[3] 张长友.热工基础[M].北京：中国农业大学出版社，2011.

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地铁热环境的测量主要包括三个方面：

（1）地铁热环境参数的测量；

（2）地铁气流分布参数的测量；

（3）地铁设备运行能耗与人员负荷的测量。通过上述三个方面的测量，建立地铁站的能量平衡关系式、风量平衡关系式和空调系统的负荷平衡关系式，为合理进行地铁空调系统的设计，分析评价地铁空调系统运行情况，优化地铁环控系统运行管理等，提供必要的数据基础。

关键词：地铁热环境测量方法

1测量背景与目的

地铁具有不同于其他民用建筑设施的热环境特征，其结构复杂，设备繁多，建设资金投入巨大，如何更好的提高地铁工程的经济性已成为行业发展关注的焦点。作为地铁系统环境控制核心部分的通风空调系统，担负着地铁线路站厅、站台、隧道正常工况的通风、供冷以及事故工况的火灾通风、阻塞通风等功能，在地铁系统中占有重要的位置。地铁系统运行总能耗巨大，其中以通风空调系统的能耗为主要组成部分。为了了解地铁热环境的主要特性参数及空调系统的运行情况，分析车站能耗组成，需要进行实际工程测量。目前由于地铁工程的复杂性、庞大性，尚无完整、系统、合理的地铁热环境测量方法，因此需要在一定基础的实际测量过程中，总结地铁热环境的特点，分析提炼出简明、合理、适用于工程应用的测量方法，为地铁实际工程的热环境测量提供指导与帮助。

2测量原理与内容

2.1测量原理与模型建立本文采用四出口地下双层岛式车站作为地铁热环境测量标准站，以夏季空调系统开启工况作为主要测量环境。根据热力学基本定律，地铁标准站能量平衡关系式与气体流量平衡关系式分别如下：（1.1）*式中，：通过壁面进入车站的热量；：通过壁面流出车站的热量；：出入口进风焓值；：出入口出风焓值；：隧道列车活塞风进风焓值；：隧道列车活塞风出风焓值；：地铁空调系统送风焓值；：地铁空调系统回排风焓值；：列车设备发热量；：车站电力设备发热量；：车站人员发热量；（1.2）式中，：出入口进风量；：出入口出风量；：列车活塞风进风量；：列车活塞风出风量；：空调系统送风量；：空调系统回排风量；在实际测量中，地铁车站气体流量平衡关系式具有重要意义，是能量平衡关系式成立必要前提条件，并作为检验实际测量数据准确性的重要依据。为了进一步详细了解地铁空调系统的运行情况，根据热力学原理，可得到空调系统风量平衡关系式、能量平衡关系式及负荷平衡关系式：G回排风＋G新风＝G排风＋G送风（1.3）H回排风＋H新风＝H排风＋H送风＋Q冷机（1.4）综合地铁标准站能量平衡关系式与空调系统能量平衡关系式，可以得到地铁标准站空调负荷平衡关系式，可作为评价空调系统运行状况的依据。L空调＝L人员＋L设备＋L列车＋L新风＋L活塞风（1.5）根据热力学知识，可以将能量平衡关系式中各种形式的能量计算式分别写出：传热量计算公式为。其中，为壁面传热量，为壁面瞬时热流密度，为壁面传热面积，为计算时间步长。这里规定，取值为正，因此计算出的与均为正值。空气焓值计算公式为。其中，为流动空气焓值，为空气密度，为流动空气瞬时速度，为计算时间步长，为流动空气过流断面的面积，为空气比焓。比焓又是空气温度与相对湿度的单值函数。发热量函数关系式为。其中为总发热量，为发热单元数量，为发热单元发热功率，为发热时间。

2.2测量内容通过对地铁车站热环境进行能量平衡关系式及拓展关系式的理论分析，可以得到地铁热环境测量需要获得的目标参数，主要包括：空气温度、空气湿度、空气流速、过流断面、热流密度、水温度、水流量、固定发热单元（包括设备与人员）发热量等。在不同的测量参数中，又分别包含不同位置、不同对象、不同时间的测量，因此地铁热环境的测量是相当复杂的。

2.3测量仪器针对地铁热环境测量的主要参数，测量使用的仪器一般有温度计、湿度计、热流板、风速仪、流量计等。为了达到测量的目的和要求，所用仪器必须符合地铁系统热环境特点，便于实际工程应用，否则不能满足工程测量的要求。

3测量方法与优化

3.1传统测量方法的局限一般的工程测量，根据前期理论分析，确定测量的对象及所需仪器，按照常规测量方法即可获得预期参数。由于地铁系统自身的复杂性及特殊性，传统测量仪器和测量方法在地铁热环境测量中具有很大的局限性，往往不能满足实际测量的需要。地铁热环境测量的特点主要表现在测量空间大、测点布置分散、测量数据多、参数变化频繁、采集时间长等方面，这就对实际测量中采用的仪器及方法有很高的要求。地铁工程实际测量，测量仪器的布置既不能影响地铁系统正常运行，还需达到采集准确数据的要求。通过多次测量与摸索，不断研究相应测量手段，同时也促进了地铁热环境测量仪器的开发和应用。目前适合地铁热环境测量的仪器需具备以下特点：（1）体积小，便于布置，工作稳定，抗震性能好；（2）记录数据量大，自动采集数据，预设启动时间及采样步长，具有较高的人工智能性；（3）测量精度高，范围大，响应时间短，适合动态测量等。仪器的改进不能完全满足实际测量的要求，因此测量方法也需要进行必要的优化。这种优化是在多次测量基础上加以总结所得，更适用于实际工程测量，满足准确性要求。除进行一定的优化外，也可以根据实际应用、理论计算、误差允许等方面的要求对数据结果进行合理的简化。

3.2空气温度与湿度的实际测量空气温度与湿度作为地铁热环境的重要参数，是计算空气焓值不可缺少的部分。测量空气的温度与湿度，可采用热电偶温度自记仪与空气相对湿度自记仪，自动记录地铁全天运行期间的各测点的温度与湿度。地铁系统各部分空气状态各不相同，分为逐时动态（如室外气象参数）与相对稳态（如空调送风参数）。对于动态空气参数可采集记录全天大量数据，对于相对稳态空气参数可在正常工况下进行一定量的数据采集，同时也可在误差允许范围内进行合理的近似与简化。

3.2.1简化站厅及出入口温度、湿度的测量通过已进行的实际测量发现，一般情况下地铁标准站的各出入口，在全天运行期间，进出空气的状态接近且变化趋势近似，因此可减少出入口温度、湿度测点的数目，以一个出入口的参数测量情况代表其他若干出入口空气的状态。若进一步简化，近似认为站厅空气性质均一，各个出入口对应的室外气象参数一致，则可以认为由各出入口进入的空气状态即为室外气象参数，由各出入口流出的空气状态即为站厅空气参数。图3-1为实际测量获得的某地铁站三个出入口的空气温度逐时曲线（夏季，午后雨），变化趋势一致，测量值近似相等；图3-2为同一车站当天站台、站厅实际测量结果曲线，可近似认为在空调季为稳定状态。当实际工程中各出入口土建结构不同，站厅、出入口温度分布差异较大时，应布置不同的温度、湿度测点，保证测量的准确性。图3-1某地铁站实际测量三个出入口空气温度测量曲线图3-2某地铁站实际测量站厅、站台空气温度测量曲线

3.2.2简化站台及列车活塞风温度、湿度的测量通过已进行的实际测量发现，区间隧道内的空气参数在地铁全天运行期间较为稳定，由列车周期运动影响而产生的波动幅度较小，一般温度波动在0.5℃，湿度波动在15％。列车在进站前刹车电阻已启动，活塞风会吸收一部分热量，引起站端隧道口位置空气温度随列车运行呈周期性变化较为明显。列车在站台停靠后，由于轨底排风系统的作用，刹车电阻剩余发热量虽全部释放，但仅引起站台轨道两侧空气温度随列车运行呈周期变化（见图3-7、图3-8），而站台空间的空气状态由空调系统决定。在正常工况下，可近似认为站台空间的温度参数相对稳定（见图3-2）。图3-3为实际测量获得的隧道区间空气与壁面温度随列车周期运行的变化情况，图3-4为站端隧道口位置空气温度逐时曲线。3地铁隧道区间某测点位置壁面与空气温度测量曲线图3-4地铁站端上、下游隧道口位置空气温度测量曲线

3.2.3简化空调系统温度、湿度的测量通过理论分析与实际情况相结合，将空调系统设备使用发热量记入车站设备发热量，因此不考虑风机温升对空气的影响，因此空调系统中的空气温度、湿度测量不必全部测出送风、回风、排风、新风的参数。新风参数使用室外气象参数即可，回风参数与排风参数一致，但需区分站台回排风与站厅回排风。空调系统全天正常运行时送风参数应保持不变，站厅、站台的回排风会有一定的波动。实际测量情况见图3-5、图3-6。图3-5某地铁站空调系统新风参数测量曲线图3-6某地铁站空调系统送风、站厅回排风、站台回排风温度测量曲线

3.2.4简化壁面传热的测量为了分析车站与边界壁面的热交换情况，以及分析列车停靠站台时刹车电阻发热量进入车站系统的具体情况，需要对站台轨道两侧壁面的热流密度进行测量。使用热流密度板必须与壁面紧密接触，但地铁列车运行时产生振动较大，易使热流密度板脱落，增加了实际测量的难度。因此可将壁面与空气间热交换的测量方法做出修改，通过测量壁面温度、空气温度及空气综合温度，分别获得壁面与空气间对流换热量和辐射换热量。通过已进行的实际测量发现，空调正常运行的地铁标准站，边界壁面温度保持稳定，波动幅度很小，若认为站台空气性质均一，则车站通过壁面进行稳态热交换。由于列车的运行，刹车电阻发热量一部分由隧道活塞风吸收，其余发热量均在列车停靠站台时释放。这部分释放的热量，一部分由车站轨底排风系统排出，一部分通过空气与壁面进行周期性热交换。因此，车站壁面与空气的动态热交换主要集中于轨道两侧下部，尤其是列车停站时刹车电阻箱位置对应的壁面附近为主要动态热交换区域（见图3-11）。测量结果显示，站台轨道两侧空气的温度波动幅度较大，充分反映出空气瞬时能量变化的剧烈程度；但轨道两侧壁面由于热工性质的差异，温度波动幅度较之空气显得很小，且具有一定的迟滞现象（见图3-7、图3-8）。为在实际测量获得站台轨道两侧由列车刹车电阻箱放热引起的壁面与空气热交换情况，需在至少包括一节完整列车长度停车位置范围内，沿长度方向布置温度与湿度测点（见图3-9、图3-10），沿高度方向只需重点考虑下部壁面与空气的测点布置（见图3-11、图3-12），其余未测车厢段壁面与空气传热情况与测量位置车厢具有相似的变化规律。图3-7站台轨道内侧某测点A位置壁面与空气温度测量曲线图3-8站台轨道内侧某测点B位置壁面与空气温度测量曲线图3-9某时刻（12：12）站台轨道外侧下部壁面与空气温度水平分布测量曲线图3-10站台轨道外侧下部某测点D（图3-11中11测点）壁面与空气温度测量曲线图3-11站台轨道外侧某测点C位置壁面温度垂直分布测量曲线图3-12站台轨道外侧某测点C位置空气温度垂直分布测量曲线

3.3空气流速的实际测量地铁系统中风速的测量所用方法为使用热线风速自记仪记录地铁运行周期中某选定过流断面内一点或若干点处的瞬时风速，进而获得通过该断面的风量参数。实际测量过程中根据被测风速的三种特点，测量方法稍有不同，便于在工程中简单易行地实现测量。

3.3.1单向稳态空气流速的测量地铁空调系统正常运行时，风机风量、风阀开启状态固定，各管道流量基本不变，空气流动近似为单向稳态流动。实际测量中可不使用风速自记仪记录全天逐时运行数据，而使用转轮、转杯等手持式测量仪器测量空调系统正常运行时各相应管道断面、风口等的风速。具体测量步骤见图3-13，测量情况见图3-14。图3-13不同断面测量风速方法示意图图3-14车站空调系统某风口风速测量曲线

3.3.2单向动态空气流速的测量：根据Stess模拟、CFD模拟及实际测量结果，当一列地铁列车进入地铁标准站时，活塞风由上游隧道进入车站，并由下游隧道流出车站，而同时引起站台内部空气由异侧线路隧道流出车站的风量较小，因此可认为列车活塞风在车站四条隧道内为单向动态流动，即车站四条隧道的活塞风方向与列车运行方向一致。在地铁标准站活塞风测量过程中，选择无变径、无弯头、接近车站的区间隧道断面作为测量断面，将风速自记仪布置于隧道壁面，并保证测头距壁面0.8米以上，且不可超过车辆限界。由于列车运行会产生较大的振动，风速自记仪必须放置牢固，必要时可布置备用风速自记仪，测量情况见图3-15。图3-15列车活塞风测量逐时风速曲线图3-16某地铁站两出入口风速测量曲线

3.3.3双向动态空气流速的测量地铁车站气流情况中，出入口空气流动为典型的双向动态流动。测量时除了记录逐时风速值外，还需区分测量风速的流动方向。在实际测量过程中，需获得列车运行一个以上完整周期时出入口进出风的风速，根据不同时段发车对数可计算该时段通过车站出入口进出风的总量。由于车站土建结构不同，会影响各出入口空气流速大小、流动方向，因此一般情况下需测量每个出入口的气流参数。实际测量情况见图3-16。此外实际工程中出现的侧式站台、单洞双线、迂回风道、活塞风井等形式，若需测量这些地铁结构中的气流情况，一般都作为双向动态流动进行处理。

3.4统计参数的实际测量3.4.1人员参数的测量车站人员分为固定人员（包括车站工作人员、商业服务业人员等）与流动人员（主要为地铁乘客）。固定人员的数量全天逐时基本保持稳定，发热量计算参考静坐（或站立）售货状态下人体新陈代谢率，平均停留时间按工作时间计算；流动人员的数量全天逐时变化，高峰时段数量较大，发热量计算参考行走（或站立）状态下人体新陈代谢率，在车站的平均停留时间一般按照4分钟计算。3.4.2车站设备参数的测量车站各种电力设备，如电梯、检票机、照明等的使用时间、数量、发热情况可根据统计或运行记录获得。3.4.3列车设备参数的测量列车主要发热设备为刹车电阻、列车空调冷凝器及其他附属电力系统，列车设备的使用时间、数量、发热情况可根据统计或运行记录获得。

3.5实际测量的辅助手段通过一系列的测量方法，针对不同目标参数进行测点选择、仪器布置、数据采集，就可以获得较为翔实准确的测量结果。但常规测量方法在改进优化的基础上也不能全部满足测量分析需要，因此需要采用其他特殊方法或相关模拟软件作为必要的辅助手段。例如，为验证空调系统负荷平衡关系式，必须计算列车活塞风进入站台部分的负荷，但这部分负荷不能直接从活塞风进出风的温度、湿度、风速等测量值求得。可在计算中引入“掺混系数”理论，通过示踪气体实验或CFD模拟可得到较为准确的结果，解决列车活塞风负荷对车站空调系统影响的问题。又如，对于地铁系统设计时非正常工况（如阻塞、火灾等）的验证目前采用实际测量方法的条件还不成熟，可通过Stess进行模拟计算获得相关工况的结果作为参考数据。超级秘书网

4测量结论与意义

通过理论分析建立的地铁热环境能量平衡关系式、地铁风量平衡关系式、地铁空调系统负荷平衡关系式，不仅为检验测量方法是否合理提供了依据，也为深入分析研究地铁热环境特性、空调系统运行状况、优化系统设计与运行管理、评价地铁空调系统能源利用经济性等方面提供了翔实的数据基础，具有重要的实际意义与指导作用。通过对地铁热环境的实际测量，了解地铁热环境的特点，发现测量过程中存在的问题，不仅促进了相关测量仪器的研发与应用，更重要的是总结出一种较为准确实用、系统完整的地铁热环境实际测量方法，并通过对测量方法的优化与简化，拓展了地铁热环境测量的普遍性及应用性。

本文论述的地铁热环境测量方法，经过不同地铁工程的数次实际测量，基本满足工程要求，获得了预期的数据结果。在不同的实际测量过程中，应根据不同的被测对象、不同的工程条件、不同的目标参数，对常规测量方法做出必要的修改及优化，使之符合当前测量的要求，达到工程测量的目的。

参考文献

篇10

关键词热特性系数测试标准全工况图

随着计量供热的提出，作为末端设备的散热器，既要求能够提供必要的散热量以满足房间热负荷需求，又必须能够适应用户对室温调节和用热量控制目的。另一方面，散热器的设计工况常与标准测试工况不同，设计时需要对散热器的标准散热量进行换算。所有这些都要求，对散热器的全工况特性有一个全面的了解。本文在对散热器热特性深入分析的基础上，得出热特性系数与测试条件无关的结论。最后建立散热器热特性方程，并绘制散热器全工况图。

图1散热器热工测试系统图

1-被测试件；2-低位加热水箱；3-高位加热水箱；4-循环水泵；5-上水；

6-旁流管；7-循环管；8-流量测量装置；9-冷水；10-表冷器；11-风机；

12-电加热；13-风道；14-空气夹层；15-测试小室

1散热器测试标准对比

散热器传热方程为：

（1）

式中：A、B----散热器热特性系数。

上述系数A、B是在标准测试室中得到的。我国使用的散热器测试标准有ISO6149-75和GB/T13754-92。此外，世界上许多国家都制定有自己的国家标准，如德国标准DIN4703、美国I=B=R（美国锅炉与散热器制造商协会）标准等。ISO3149-75标准的基本原理是采用闭式隔热冷却小室，在室温恒定条件下进行散热器标准测试。小室与周围环境隔热，被测试件散热量由夹层内的人工冷源冷却介质逼真，以保证小室的恒温条件，冷却夹层和有水冷和风冷两种。所有散热器测试标准基本原理都相同，但在具体技术参数规定上有所不同。表1为ISO3149-75标准与GT/T13754-92标准的对比。

散热器测试标准表（1）

项目ISO3149-75GB/T13754-92项目ISO3149-75GB/T13754-92

室温18℃20℃对流散热器89℃/76℃85℃/75℃

辐射散热器95℃/70℃90℃/70℃

由表1可以看出，国家标准考虑到人们热舒适要求的提高和我国供热系统运行的实际，测试小室内室温由18℃提高到20℃，标定流量时的供水温度和供回水温差均有所降低或减小，如辐射器的标定温差由25℃降为20℃，对流器的标定温差由12.5℃降为10℃。

为对比同一散热器在不同测试标准下热特性的差别，作者对天津某散热器厂生产的TLD型对流散热器按不同标准进行了四组测试，结果如下：

不同测试标准对比表（2）

测试工况195℃/70℃，18℃测试工况290℃/70℃，20℃

项目单位工况1工况2工况3项目单位工况1工况2工况3

进口温度℃95.1270.8054.99进口温度℃90.0070.256.2

出口温度℃69.9855.7245.81出口温度℃70.0057.448.3

基准室温℃18.2118.1918.31基准室温℃20.1219.720.5

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

计算温差℃64.3345.0732.09计算温差℃59.8844.1031.75

散热量W1222.43732.56447.32散热量W4096.48702.64433.66

测试工况389℃/76℃，18℃测试工况285℃/75℃，20℃

项目单位工况1工况2工况3项目单位工况1工况2工况3

进口温度℃89.1070.5256.2进口温度℃85.1070.8055.4

出口温度℃76.0061.8750.8出口温度℃75.0063.5051

基准室温℃18.2618.0618.42基准室温℃20.1620.3019.91

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

计算温差℃64.2948.1435.08计算温差℃59.8946.8533.29

散热量W1210.29796.75503.04散热量W1083.95779.37465.77

将上述结果汇总于表3和图2。

图2散热量与计算温差关系

由图2可以看出，四条曲线基本生命，即散热器在不同测试标准下得到的特性系数A、B基本相同。

不同测试工况下散热器特性系数对比用表（3）

测试工况1测试工况2测试工况3测试工况4

室温（℃）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散热器全工况测试

由上可知，同一散热器在不同标准测试工况下得到的特性系数A、B基本一致。但就此得出散热器特性系数与测试条件无关的结论还尚欠充分，因为散热器的标准测试工况与实际使用条件有很大不同：在标准工况下，无论是散热器供水温度，还是流量，其变化范围均比在使用工况下散热器实际的变化范围要小，而且不论何种标准测试工况，特性系数A、B均是在定流量条件下得出的。这与散热器的使用工况也有比较大的差别，特别是在计量供热系统中，散热器的变流量调节是用户行为节能的主要手段。因此，有必要对散热器进行全工况测试。为此，作者对天津某散热器厂生产的LLD型对流散热器进行了全工况测试。其中，流量150～10kg/h；供水温度90～60℃，结果见表4、表5、图6。

流量工况测试（W）表（4）

流量供水温度

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.表中的温度和流量是归整后的数值；

2.散热器标准测试室温度20℃。

结果见表5、图3。

图2散热量与计算温差关系

散热器变流量工况测试表（5）

供水温度准则关系式相关度R2供水温度准则关系式相关度R2

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

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

由图3可知，散热器在全工况测试条件下仍保持了较好的一致相关性。

3散热器热特性方程

由上分析可和，散热器热特性系数A、B与测试条件无关，即无论是在定流量还是变流量工况下，特性系数A、B只与散热器自身特性有关而与测试条件无关。这样，我们便有可能根据散热器标准测试得到的准则关系式进行散热器热特性方程求解，从而绘制散热器的全工况选型图。

散热器在测试工况下，存在如下平衡方程：

（2）

（3）

（4）

（5）

式中：Q----散热量，W；G：流量，kg/h；

tg、th、tn----供、回水温度及室温，℃；

t′n----测试室内温度，一般为20℃或18℃。

式（3-1）～（3-4）即为散热器在测试工况下的热特性方程。

4散热器全工况图绘制

一般来说，散热器产品样本中给出的散热量是散热器在标准工况下的散热量。当供热系统的设计供回水温度与标准工况不同时，就必须进行标准散热量的换算。同时，为方便设计，设计人员也需要了解散热器在各种工况下散热量的变化。为此，绘制散热器全工况图十分必要。

对给定散热器来说，其特性系统A、B可通过标准测试工况来确定，得到A、B即可求解上述热特性方程，并绘制该散热器的全工况图，如图4。其中，A=5.2914，B=1.317，室温20℃。图中，横坐标为散热器进流量，kg/h；纵坐标为散热量，W。放射状直线为等供回水温差线，上抛形曲线为等供水温度线，虚线为等回水温度线。

图4散热器全工况图（室温20℃）

图4中，1为标准工况点，供回水温度95℃/70℃，温差25℃，由横坐标可知流量为42kg/h，由纵坐标可知散热量为1220W。当供水温度保持95℃不变，流量增大时，散热器工况点将沿95℃供水曲线由1点向2点移动，2点从回水温度为95℃/80℃，温差15℃，此时，流量为79kg/h，散热量为1370W；当供回水温差保持25℃不变时，随流量减小，散热器工况点将沿25℃温差线由点1向点3移动，3点供回水温度为75℃/50℃，温差25℃，此时，流量为26kg/h，散热量为730W。

由图4可知，当供水温度不变时，随着流量增大，散热量增加，回水温度升高，且二者表现为相似的趋势，即开始时增加较快，随后逐渐减慢并趋于饱和。对回水温度来说，其饱和温度即为相应的供水温度，因此饱和散热量可表示为：

（6）

全工况图可作为设计时非标准工况散热量换算的线算图，避免设计人员进行复杂的公式计算，也可用作散热器热特性分

析。对于给定散热器来说，只要已知供水温度、回水温度、供回水温差、流量和散热量五个变量中任意两个，就可由图查得其余三个变量的值。

5结论

散热器热特性系数A、B是由散热器自身决定的，与测试条件无关。因此，在定流量标准测试条件下得出的热特性系数可用来分析散热器在变流量工况下的特性，进而可以建立散热器在测试工况下的热特性方程，绘制散热器全工况选型图。

参考文献