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外热源温度场模拟及其在导热系数测试中应用

李萍  
【摘要】:了解具有内、外热源温度场的分布以及温度场变化带来的能量传递是日常生活和工程实际非常关心的问题。由于目前房屋建筑隔热保温性能的要求越来越高,砌筑好的建筑物在鉴定验收中迫切的要求进行保温性能的在线检测。利用工程计算软件MTLAB对具有外热源的温度场进行数值模拟,对材料导热系数的测试具有重大的指导意义。 本文详述了导热系数测定原理、方法以及测定现状,综述了求解导热问题的各种方法,指出了课题研究意义、研究内容和拟采取的技术路线。 文中应用传热基本理论知识和数值求解工具MATLAB,对具有点、线热源的温度场进行分析求解,并结合模拟结果对点热源法在线检测平壁的导热系数和热线法测试固体材料的导热系数这两种测试方法进行了评述。 根据点热源平壁导热的数学模型,直接调用工程软件MATLAB偏微分方程工具箱中的命令函数进行编程,完成了对点热源平壁导热温度场的数值计算,给出了模拟计算的影响因素,如:点热源加热功率、热源直径、对流换热条件、平壁的材料、平壁的几何条件,并分析了这些因素对模拟结果的影响。 点热源导热温度场的模拟结果,证明用点热源法在线检测平壁导热系数从理论上是可行的。有望解决目前建筑平壁材料导热系数只能进行实验室测试的问题。 结合点热源导热温度场的模拟结果,初步确定点热源法在线检测平壁导热系数的测试方案。文中指出,测试时可用激光、白炽灯等加以适当的光学辅助系统作为提供热源的设备,可采用镍铬.镍硅热电偶来检测温度。并给出最佳的施加热源参数,即:点热源加热功率150w、热源直径0.15m、热流密度8488.6w/m~2。对流换热条件对实际测试结果的影响很大,因而在测试过程中边界条件的控制显得尤为重要。由模拟结果得到,热源面为绝热条件,待测面维持比较小的对流换热条件时,可在较短的时间内进行平壁导热系数的测试,是比较理想的测试条件。 热线法测试材料导热系数是一种比较成熟的测试方法,由于点、线热源两种模型的计算方法相似,借助热线法测试结果与线热源模型模拟结果对比,可间接验证点热源模拟计算的正确性。


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