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鋁板，然后消散到空氣中。打開加熱器和數據采集系統。允許
系統達到平衡，可能需要五到十分鐘。這將是明確的，當
由傳感器測量的溫度和熱流變得幾乎恒定。記錄這些值。
確保第二個熱電偶遠離室內的散熱片。
加熱器的尺寸為1英寸乘1.2英寸，其表面積為Ah=7.75 cm2
.用這個
以找到翅片耗散到空氣中的總輸入熱傳遞，
q=q“Af。翅片為鋁，導熱系數為k=175 W/m-k。暴露在外
翅片的表面將是長度乘以寬度的兩倍（忽略非常薄的邊緣）。因為
輻射的影響可以近似地包括在傳熱系數中
如導言中所示，問題是來自翅片的純對流和翅片中的傳導
鰭最初，假設從翅片到空氣的總傳熱系數為h=15 W/m2
-K。
1.測量值：
熱通量，q“=
傳感器溫度，Ts=
空氣溫度，T∞ =
翅片傳熱，q=
翅片寬度，w=
翅片長度，L=
翅片厚度，t=0.32 mm
鰭區，Af=
翅片效率，ηf=
2.使用針對直翅片給出的方程將測量結果與理論進行比較：
mf=
漏磁=
ηf=
3.這些值與測量值相比如何？
4.用什么更合適的傳熱系數值來進行理論和實驗研究
測量結果是否匹配得更好？
5.用手指感覺翅片上的溫度分布。它和你想要的相符嗎
預料
鰭
熱流計
加熱器
©2019年弗吉尼亞理工大學醫學系T.E.Diller
傳熱研討會4瞬態集總電容簡介
名稱
具有瞬態溫度的系統的一個簡單模型是集總電容分析法。
這通常適用于熱導率高的固體材料。人們經常想到放一個
將一塊金屬在不同溫度下注入流體，從而在熱流中產生階躍變化。然而
不一定是液體。例如，你的手經常灌注良好，是一個很好的熱源。
學習傳熱課本中的集總電容法。繪制系統并應用
鋁塊的瞬態能量平衡。重要的假設是
材料在空間上是均勻的，但在時間上是變化的。顯示生成的代數解
熱通量和溫度作為時間的函數，從熱事件開始時開始，時間為
鋁的初始溫度為Ti。
瞬態能量平衡：
𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝑞𝑞
寫出符號解決方案：
鋁溫度作為時間T的函數=
鋁的表面熱流作為時間的函數，qı=U（Th–T）=
該過程的指數時間常數τ=
q=U（Th–T）
傳熱研討會4結果
名稱
將熱通量傳感器放在一側，然后將鋁包裹起來，使用套件中的鋁片
在其周圍提供布料（套件中），以提供一些熱阻。首先，將DAQ與免費軟件一起使用
雙手之間的熱電偶記錄雙手的穩定溫度，然后
重新啟動數據采集，并將帶有熱通量傳感器的鋁片和布放在兩塊板之間
手。在金屬表面記錄傳感器的溫度和熱流約一分鐘。
保存文件。基于測得的熱流和溫差，假設你的手保持在
使用先前測量的相同恒定溫度，計算每個溫度下的總傳熱系數
時間將這些值繪制為時間的函數，并取平均值U=
鋁塊的質量約為14克，尺寸為2英寸。增加1.25英寸。1/8英寸。
認為計算與手接觸的側面的相應表面積，
表面積=
將這些值與鋁的特性（C=900 J/kg-K）和平均傳熱一起使用
計算時間常數值的系數U，τ=。
然后使用該時間常數和來自下式的集總電容模型的理論解
上一頁預測溫度和熱流。繪制這些預測值以及
測量曲線并進行比較。附上三個圖（預測和測量的溫度、熱通量）
以及傳遞系數U）。
1.發現總傳遞系數隨時間的變化有多大？
2.為什么U的值實際上不是常數？
3.基于計算出的時間常數和初始溫度的預測溫度曲線有多好
溫差是否與測量曲線相符？
4.基于時間常數、平均熱傳遞的預測熱通量曲線有多好
系數和初始溫差是否與實驗值相符？
5.金屬是如何形成的系數和初始溫差是否與實驗值相符？
5.在測試期間，金屬件感覺如何，隨時間變化？
©2019年弗吉尼亞理工大學醫學系T.E.Diller
傳熱車間5瞬態熱阻介紹
名稱
一個非常有用的瞬態傳熱模型是半無限固體。這結合了熱效應
材料的電阻以及材料吸收熱能的熱電容。主要
假設材料很厚（半無限大），熱傳遞是一維的。看熱
傳遞文本以找到半無限熱傳遞理論。雖然數學涉及偏微分
方程解，結果相當簡單。如果將恒溫源Ts施加到表面
在沒有任何接觸電阻的材料中，進入表面的熱通量是
𝑞𝑞" = �𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
√𝜋𝜋𝜋𝜋
(𝑇𝑇𝑠𝑠 − 𝑇𝑇𝑖𝑖)
材料的初始溫度是均勻的Ti，表面溫度變化發生在時間t=0
材料的特性為導熱系數k、比熱C和密度ρ。
所需厚度是時間的函數。傳導熱傳遞是一種擴散過程，它會傳播到管道中
材料隨著時間的增加。因此，看起來無限厚的厚度隨時間增加。好的
該厚度L的近似值為：
𝐿𝐿 = 2.√𝛼𝛼𝛼𝛼
其中熱擴散率α=k/ρC。這是瞬態傳熱問題的一個重要性質，表明：
熱傳遞到材料中的速度。
以下是本車間將使用的混凝土和地毯的特性。計算以下各項的剩余值：
半無限解的熱擴散率和穿透深度：
混凝土𝐿𝐿 = 2.√𝛼𝛼𝛼𝛼 =
ρ=2300 kg/m3
; C=880 J/kg-K；k=1.4W/m-k
α =
地毯𝐿𝐿 = 2.√𝛼𝛼𝛼𝛼 =
ρ=800 kg/m3
; C=1200J/kg-K，K=0.05W/m-K
α =
另一種看待這個問題的方法是根據材料R'的熱阻，它被定義為
溫差與熱通量有關。
𝑅𝑅" = (𝑇𝑇𝑠𝑠 − 𝑇𝑇𝑖𝑖)
𝑞𝑞"
確定恒定表面溫度半無限解的熱阻理論值，
𝑅𝑅" =
它如何隨時間變化？R“
勾勒出它應該如何變化。
時間
傳熱車間5瞬態電阻結果
名稱
本次研討會的目的是研究兩種性質截然不同的材料的傳熱響應：
混凝土地板和地毯。用手作為熱源，使用熱通量傳感器測量表面熱通量和溫度
表面溫度是時間的函數。我們的目標是了解這些不同材料的特性如何影響您的性能
后果
a） 將傳感器放在混凝土地板上，開始數據采集，然后將手完全放在傳感器上
持續約20秒。
b） 現在，將傳感器直接放在地毯上并重復。
從保存的數據文件中，將兩種材質的溫度作為時間的函數繪制在同一圖表上，然后
比較對第二張圖上的熱通量也做同樣的處理。將固體材料建模為半無限固體，假設：
傳感器溫度為表面溫度Ts。對于材料Ti的初始溫度，使用傳感器
在應用手創建熱事件之前的溫度。將測得的熱通量與這些測量值一起使用
計算每種材料視在熱阻隨時間變化的溫度，Rı=（Ts–Ti）/qı。情節
Rч表示手放在傳感器上的時間段內同一圖表上的混凝土和地毯。附上
三個圖（溫度、熱流和熱阻）交上來。
1.根據您對熱滲透深度L的計算，您測試的材料是否足夠厚，以：
假設它們是“半無限的”？為什么？
2.熱阻R“的結果圖在形狀上是否與本發明導言中所示的理論相似
研討會5？
3.物理上（除了方程），為什么熱阻隨時間變化？
4.兩種材料之間的熱阻值如何變化？為什么？（看看導熱系數
價值觀）
5.哪種材料具有較高的熱通量？為什么？
6.哪種材料的溫度變化較大？為什么？
7.雖然地毯和混凝土的初始溫度幾乎相同，但為什么混凝土有觸感
比地毯（隔熱層）冷嗎？
©2019年弗吉尼亞理工大學醫學系T.E.Diller
研討會6：散熱器和能量平衡介紹
名稱：能源平衡審查
本車間使用加熱器強調熱阻和能量平衡。明確地
來自加熱器的熱能流向何處，如何到達那里？這是一個重要的問題
在許多熱系統中。為了簡單起見，假設它是一維的。在容器的一側
加熱在容器的一側
加熱器將為低導電性材料，另一方面為高導電性材料
在相同溫度下開始。當加熱器打開時，熱流將流向每種材料。
熱通量傳感器可用于測量每種材料的熱通量。
能量平衡可用于表明來自加熱器P的總功率必須流向加熱器
這兩種材料的組合。在圖上畫出整體能量平衡，并寫出代數公式
這里的能量平衡涉及到金屬qm和地毯qc的熱傳遞。
相對熱阻將決定qm和qc的相對大小（每個的能量大小）
材料）。因為只有一個熱通量傳感器，所以需要使用兩次。首先要衡量什么
然后是金屬，然后是地毯。
金屬塊
加熱器（P）
地毯
講習班6成果
名稱
1.將加熱器放在地毯或其他良好的隔熱材料上，并將金屬件放在頂部。
在金屬和加熱器之間滑動熱流傳感器。開始數據采集，以建立
在穩態條件下，然后打開加熱器。讓加熱器運行約一分鐘，以便清楚地看到
溫度和熱通量的響應。接下來，在加熱器和加熱器之間移動熱通量傳感器
地毯在此情況下重復數據采集。繪制兩者的熱通量和溫度響應
案例。將這些繪圖添加到本車間工作表中。
2.繪制每個箱子的系統，并清楚地標記四個主要部件：地毯、加熱器、傳感器和傳感器
金屬在每種情況下標記熱通量的方向–從加熱器到金屬件和加熱器
地毯
a） 加熱器和金屬之間的傳感器b）加熱器和地毯之間的傳感器
從加熱器到金屬的測量值，qım=從加熱器到地毯的測量值=
3.為什么熱流值如此不同？
4.哪種材料提供更好的散熱器？
5.為什么同一個傳感器的一個熱流正，一個熱流負？
6.加熱器提供的總功率通量是多少？應付賬款=
.
7.到達金屬的功率的分數是多少，qцm/（P/A）=
8.這兩種情況下的溫度響應是什么？
9.為什么這兩種情況下的溫度響應與熱通量如此不同？
©2019年弗吉尼亞理工大學醫學系T.E.Diller
傳熱車間7熱阻介紹
名稱
在金屬建筑中，絕緣層通常安裝在金屬柱和外部金屬之間
建筑物的外殼。因此，有兩條平行的傳熱路徑——
通過絕緣層和高導電性金屬螺柱。有時需要一層布
安裝在螺柱和絕緣層上，如下所示。
針對這種情況，繪制不同傳熱路徑的熱阻網絡。清晰地
確定哪些路徑是串聯的，哪些是并聯的。為整體表達式編寫一個表達式
墻的熱阻。
你卷入了一場關于布料價值的爭論。一方認為
布的存在對通過壁的熱傳遞的影響可以忽略不計，因為它太薄了
相對于絕緣層。因此它對建筑物的整體隔熱性能影響可忽略不計。
但另一方面說，覆蓋在金屬螺柱上會對熱量產生重大影響
轉移有沒有辦法證明誰是對的并說服所有人？這件事的真相是什么
情況這通常是工程師開發邏輯解釋的任務。
傳熱研討會7結果
名稱
你的任務是通過一些簡單的測量來證明或反駁這個論點
在金屬上插入一塊布，然后在絕緣層（地毯）上插入。用你的手當暖氣
熱通量傳感器上的源，就像您在車間5中所做的一樣。這次比較結果，同時
添加一塊布。對于四種組合中的每一種，需要大約20或30秒的數據：
a） 傳感器直接安裝在金屬塊上。
b） 傳感器和金屬件之間的布。
c） 傳感器直接安裝在地毯上。
d） 傳感器和地毯之間的布。
1.繪制每種情況下的熱通量值，并在一張圖上比較所得曲線。
附上你的圖表。
計算熱處理后同一時間帶布和不帶布的熱通量的近似比率
用手（在峰值后10至20秒內平均數個值），以提供：
一個很好的比較）：
金屬：帶布的qţ/qť不帶布=地毯：帶布qŤ/q無布=
2.將布放在地毯上，熱阻會發生什么變化？
（測量不確定度至少為5%）
3.將布放在金屬上，熱阻會發生什么變化？
4.為什么將同一塊布放在地毯上的效果與放在金屬上的效果不同？
5.原始爭議的答案是什么？添加布料會對整個過程產生影響嗎
布爾迪 |
