大学建筑物理2.3周期性不稳定传热ppt课件.ppt

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1、§2.3周期性不稳定传热在建筑实践中真正的稳定传热是不存在的，围护结构所受到的环境热作用是随时间变化的。外界热环境随时间发生变化时，围护结构内部的温度和通过围护结构的热流量也将发生变化，称为不稳定传热。若外界热作用随时间出现周期性变化，这种传热过程叫周期性不稳定传热。2.3.1谐波热作用周期性不稳定传热是一个特例。最简单的周期性波动谐波热作用:（2-16）Zt也可写成：（2-16）事实上，围护结构所受的周期热作用，并不是随时间的余弦（或正弦）函数规则地变化的。在计算精度要求不高的情况下，可近似按谐波热作用考虑；若计算精度要求较高，可用傅里叶级数展开，通过谐量分析把周期性的热作用变换成若干阶谐

2、量的组合。2.3.2谐波热作用下的传热特征1）室外温度和平壁表面（内外）温度、内部任意截面处的温度都是同一周期的谐波动，均可用谐量表示：①室外温度:②平壁外表面温度:③平壁内表面温度：2)从室外空间到平壁内部，温度波动振幅逐渐减小,即：室外温度波的振幅(Ae)＞平壁外表面温度波的振幅(Aef)＞平壁内表面温度波的振幅(Aif),这种现象叫做温度波的衰减。温度波的穿透衰减度（平壁的总衰减度）（2-19）3）从室外空间到平壁内部，温度波的相位逐渐向后推延，即：室外温度波的初相位（Φe）＜平壁外表面温度波的初相位（Φef）＜平壁内表面温度波的初相位（Φif）,这种现象叫波动的相位延迟，亦即出现最高

3、温的时刻向后推迟。若外部温度最大值te,max出现的时刻为τe,max，平壁内表面最高温度θi,max出现的时刻为τif,max,，温度波穿过平壁的总延迟时间：（2-20）平壁的总相位延迟：（2-21）ξ0与Φ0关系：（2-22）解释：温度波在传递过程中产生的衰减和延迟现象，是由于在升温和降温过程中材料的热容作用和热量传递中材料的热阻作用造成的。2.3.3材料和围护结构的热特性指标谐波热作用下的周期性传热过程，与材料和材料层的蓄热系数（S）及材料层的热惰性(D)有关。1)材料蓄热系数定义：在建筑热工中，把某一匀质半无限大壁体（即足够厚度的单一材料层）一侧受到谐波热作用时，迎波面（即直接受到外

4、界热作用的一侧表面）上接受的热流波幅Aq,与该表面的温度波幅Ao之比称为材料层的蓄热系数。其值越大，材料的热稳定性越好。用S表示，单位W/(m2·K)。式中λ——材料的导热系数，W/(m·k)；c——材料的比热容，W·h/(kg·K)；ρ——材料的密度，kg/m3；Z——温度波动周期，h。按传热学理论，其计算值为：（2-23）若Z=24h，（2-24）当围护结构中某层材料是由几种材料组合时，该层的平均蓄热系数。（2-25）材料的蓄热系数（S）是说明直接受到热作用的一侧表面，对谐波热作用反应的敏感程度的一个特性指标。在同样波动热作用下，蓄热系数大的材料，表面温度波动较小，即热稳定性好。S不仅与

5、材料的物理性能（λ，c，ρ）有关，还与外界热作用周期（Z）有关。同一材料，Z越大，S越小，壁体表面温度波动越大。2）材料层的热惰性指标材料层的热惰性指标用“D”表示，它是表征材料层或围护结构受到波动热作用后，背面波（若波动热作用在外侧，则指内表面)上的温度波动剧烈程度的一个指标，也就是说明材料层抵抗温度波动能力的一个特性指标。它取决于材料层迎波面的抗波能力和波动作用传至背波面时所受的阻力。对单一材料围护结构：（2-26）式中R——材料层的热阻，m2·K/W;S——材料层的蓄热系数,W/(m2·K)。多层材料的围护结构：R、S分别为各材料层的热阻和蓄热系数。封闭空气层：S=0D=0组合材料层：

6、（2-27）式中——温度波在x层处的衰减度（衰减倍数）；——波动热作用表面的温度波动振幅，℃；——x层的温度波动振幅，℃。材料层的热惰性指标愈大，说明温度波在期间的衰减愈大。温度波的衰减与材料层的热惰性指标是呈指数函数关系。3)材料层表面的蓄热系数Y有限厚度的材料层受到周期波动的温度作用时，其表面温度的波动不仅与材料层本身的热物理性质有关，还与边界条件有关。其计算方法为：依照围护结构的材料分层，逐层计算。例如，图2-13为由四层薄结构（D＜1.0）组成的墙，在室内一侧有波动热作用，则其内表面蓄热。图2-13系数Yi的计算式应由近及远依次为（注意各层编号）式中R,S,Y,分别为各层的热阻、材料

7、蓄热叙述、内表面蓄热系数。αe为外表面换热系数。图2-13由上式可得由多层“薄”结构组成的围护结构内表面蓄热系数计算方法。（2-28）式中n为各层结构编号。注意：对于围护结构内表面蓄热系数的计算，有①对各层编号是从波动热作用方向的反向编起的；②构造层中某一层为厚层时，即D＞1.0时，该层的Y=S，内表面蓄热系数可从该层算起，后面各层就不再计算。2.3.4谐波作用下的平壁的传热计算如图所示，围护结构可能一侧或两