建筑圍護結(jié)構的傳熱原理和計算輔導精選(4)
(二)半無限大物體周期性傳熱的特征
半無限大物體,是指物體的一側(cè)為一個平面,而另一側(cè)可以延展到無限遠的領域。比如大地的傳熱問題就是一個典型的半無限大物體傳熱,見圖1—8。半無限大物體在周期性熱作用下,其溫度波的變化過程具有以下幾個基本特征:
(1)空氣溫度te、表面溫度θf、物體內(nèi)部溫度θx三者都是以同樣的周期(T)波動。
(2)從空氣溫度te到表面溫度θf再到物體內(nèi)部溫度θx,溫度波幅是依次減小的,即有 Ae>Af>Ax,而在物體的內(nèi)部,溫度波幅Ax又是隨著深度x的增加按照指數(shù)函數(shù)規(guī)律減小。
(3)從空氣溫度te到表面溫度θf再到物體內(nèi)部溫度θx,在溫度波的傳播方向上各點的溫度波相位是依次向后推延的。
(三)有限厚度平壁周期性傳熱的特征
相對于無限大物體來說,有限厚度物體的周期性傳熱規(guī)律會稍微復雜些,見圖1—9。一個子壁在室外周期熱作用下表現(xiàn)出以下幾個特征:
(1)空氣溫度te,外表面溫度亂θef、內(nèi)表面溫度θif三者都是以同樣的周期(T)波動。
(2)從空氣溫度te到外表面溫度θef再到內(nèi)表面溫度θif,溫度波幅是依次衰減的,即有Ae>Aef>Aif
(3)從室外空氣溫度te到平壁外表面溫度θef再到平壁內(nèi)表面溫度θif,沿著溫度波的傳播方向,各位置上的溫度波相位是依次向后延遲的,即有φe<φef<φif。
溫度波傳遞過程中出現(xiàn)的衰減和延遲現(xiàn)象,是由于在平壁升溫和降溫過程中,材料的熱容作用和熱量傳遞中材料層的熱阻作用造成的。
(四)圍護結(jié)構周期性傳熱過程的認識
圍護結(jié)構一般都可以認為是有限厚度的平壁,如果按照室內(nèi)外空氣溫度波動情況區(qū)分,則當室內(nèi)空氣溫度保持恒定時(如空調(diào)房間),圍護結(jié)構只是外側(cè)受到周期波動的熱作用,即單向諧波作用;當室內(nèi)外的空氣溫度都做周期波動時(如自然通風房間),圍護結(jié)構的兩側(cè)都要受到周期波動的熱作用,即雙向諧波作用。不論在哪種情況之下,整個周期傳熱過程都可分解成三個單一的傳熱過程,即單純的穩(wěn)定傳熱過程、單純的外側(cè)諧波作用過程和單純的內(nèi)側(cè)諧波作用過程,對其分別計算,再把各個單一傳熱過程的計算結(jié)果疊加起來,就可得到周期熱作用的綜合結(jié)果。建筑熱工設計主要關心的是圍護結(jié)構內(nèi)表面溫度狀況。
(1)單純的穩(wěn)定傳熱過程:是在圍護結(jié)構內(nèi)、外側(cè)空氣平均溫度作用下所完成的穩(wěn)定傳熱過程,其在內(nèi)表面上形成的平均溫度的計算方法按穩(wěn)定傳熱計算;
(2)單純的外側(cè)諧波作用過程:假定室內(nèi)側(cè)的溫度不變,單純計算因外側(cè)空氣溫度的波動量引起的內(nèi)表面溫度的波動量;
(3)單純的內(nèi)側(cè)諧波作用過程:假定室外側(cè)的溫度不變,單純計算因內(nèi)側(cè)空氣溫度的波動量引起的內(nèi)表面溫度的波動量。
(五)諧波作用下材料和圍護結(jié)構的熱特性指標
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