当前位置：沧州泰鼎恒业试验仪器有限公司 > 新闻资讯 > 技术文章 > 技术文章
绝热稳态传热性质的测定 标定和防护热箱法 附录A
时间：2020-09-04来源：泰鼎恒业浏览次数：
附录A
(规范性附录)
表面换热及环境温度
(规范性附录)
表面换热及环境温度
热量传入试件或从试件中传出是通过箱内其他表面的辐射热交换和试件表面的对流换热进行的。 对于第一种传热机理，传热量取决于所有与试验板进行辐射换热表面的平均的辐射温度;第二种传热机理，传热量取决于邻近的空气温度。因此，通过试件的热流受到冷、热两个侧面中任何一个侧面的辐射和空气温度的影响。
A. 1环境温度
试件任何一个侧面的热平衡方程可写成:
( A. 1 )
式中:
——单位面积的热流量，单位为瓦每平方米(W/m2)；
T't——所有与试件进行辐射换热表面的平均的辐射平均温度，单位为开尔文或摄氏度(K或℃)；
Ta——邻近试件的空气温度，单位为开尔文或摄氏度(K或℃)；
Ts——试件的表面温度，单位为开尔文或摄氏度(K或℃)；
ε——辐射率；
hr——辐射换热系数，单位为瓦每平方米开尔文［W/(m2 • K)］；
hc——对流换热系数，单位为瓦每平方米开尔文［W/(m2 • K)］。
为便于确定传至表面的热流，将空气温度和辐射温度适当的加权，合并成一个单一的符号一一环境温度Tn。可写为：
( A.2 )
这里R是表面热阻，用式(A. 3)和式(A. 4)代入，式(A. 2)与式(A. 1)相等：
(A. 3 )
A. 1环境温度
试件任何一个侧面的热平衡方程可写成:
( A. 1 )式中:
——单位面积的热流量，单位为瓦每平方米(W/m2)；T't——所有与试件进行辐射换热表面的平均的辐射平均温度，单位为开尔文或摄氏度(K或℃)；
Ta——邻近试件的空气温度，单位为开尔文或摄氏度(K或℃)；
Ts——试件的表面温度，单位为开尔文或摄氏度(K或℃)；
ε——辐射率；
hr——辐射换热系数，单位为瓦每平方米开尔文［W/(m2 • K)］；
hc——对流换热系数，单位为瓦每平方米开尔文［W/(m2 • K)］。
为便于确定传至表面的热流，将空气温度和辐射温度适当的加权，合并成一个单一的符号一一环境温度Tn。可写为：
( A.2 )这里R是表面热阻，用式(A. 3)和式(A. 4)代入，式(A. 2)与式(A. 1)相等：
(A. 3 )
与
(A.4 )
通常用两个箱子的环境温度之差来确定传热系数，而式(A.2)是用于确定表面热阻。
然而,实际上热箱和冷箱中T'r和Ta经常都是很接近的，特别在试件热阻远大于表面热阻，或者使用强迫对流时，此时hc比εhr大得多。在这些情况下，根据试件两侧的空气温度来确定传热系数是充分的，这里，对于所考虑的装置和采用的测试条件来说，已确定产生的误差可忽略不计。
确定试件的热阻,仅需表面平均温度。
A.2环境温度的计算
如εhc及hc值已知，并已测得T't及Ta值时，可用式(A. 3)计算环境温度。 如果靠近试件表面设有平行的导流屏，它的平均温度可取T'r，并且
其中ε1和ε2分别是导流屏与试件表面的辐射率。
对于涂无光泽黑漆的导流屏(ε1=O. 97),大多数建筑材料将给定ε=0.9，但应对每个试件单独考虑。辐射换热系数
，这里σ是斯蒂芬常数[5.67X10-8 W/(m2 • K4)],Tm是适合的平均辐射绝对温度,从以下可知：
或
如果除导流屏外，还有其他表面对试件直接辐射,则必须测量这些表面的温度，并且用适当的视角系数(或形状因子)将它们合并得到T'r。
对流换热系数hc与多个因素有关，如空气-表面温差、表面的粗糙度、空气速度、热流方向，因而不易预计。
对于垂直表面的自然对流,典型的hc=3.0 W/(m2 ·K)。强迫对流时，hc远大于3.0 W/(m2 • K)。
当hc值不确定时，可以根据式(A.1)、式(A.2),消去hc得到：
( A.5 )
这个表达式对于热流传入或传岀表面均是正确的。对传入表面的热流Φ的符号取正值(即热面为正，冷面为负)。
使用式(A. 4)需要知道试件平均表面温度Ts。对于不均匀的试件，这可能是不知道的，此时，可用式(A. 3)计算Tn，式(A. 3)中的hc值可由另一个均匀试件的试验中得到。
例如：
在一次传热系数实验中，得到以下读数：
输入至计量箱的功率:Φ=31.8 W
计量面积:A=1.5 m2
则流经试件单位面积的热流量：Φ/A = 21.2 W/m2
热侧温度：
空气平均温度:Tal=30.98 ℃
导流屏的平均温度：
=29.78℃
表面平均温度:Tsl=27.60℃
因此：
和hr= 4×5.67×10-8×301.73=6.23 W/(m2 ·K)
取ε= 0.9,则εhr= 5.61 W/(m2 • K)
hc值未知，用方程式(A.5)：
冷侧温度：
空气平均温度：Ta2=7.39 ℃
导流屏的平均温度：
=7. 69 ℃
表面平均温度:Ts2=8.75 ℃
因此：
Tm = 281.3 K,所以用ε = 0.9,εhr得=4.54,由方程式(A. 5)得 (A.4 )通常用两个箱子的环境温度之差来确定传热系数，而式(A.2)是用于确定表面热阻。
然而,实际上热箱和冷箱中T'r和Ta经常都是很接近的，特别在试件热阻远大于表面热阻，或者使用强迫对流时，此时hc比εhr大得多。在这些情况下，根据试件两侧的空气温度来确定传热系数是充分的，这里，对于所考虑的装置和采用的测试条件来说，已确定产生的误差可忽略不计。
确定试件的热阻,仅需表面平均温度。
A.2环境温度的计算
如εhc及hc值已知，并已测得T't及Ta值时，可用式(A. 3)计算环境温度。 如果靠近试件表面设有平行的导流屏，它的平均温度可取T'r，并且
其中ε1和ε2分别是导流屏与试件表面的辐射率。
对于涂无光泽黑漆的导流屏(ε1=O. 97),大多数建筑材料将给定ε=0.9，但应对每个试件单独考虑。辐射换热系数
，这里σ是斯蒂芬常数[5.67X10-8 W/(m2 • K4)],Tm是适合的平均辐射绝对温度,从以下可知：或
如果除导流屏外，还有其他表面对试件直接辐射,则必须测量这些表面的温度，并且用适当的视角系数(或形状因子)将它们合并得到T'r。
对流换热系数hc与多个因素有关，如空气-表面温差、表面的粗糙度、空气速度、热流方向，因而不易预计。
对于垂直表面的自然对流,典型的hc=3.0 W/(m2 ·K)。强迫对流时，hc远大于3.0 W/(m2 • K)。
当hc值不确定时，可以根据式(A.1)、式(A.2),消去hc得到：
( A.5 )这个表达式对于热流传入或传岀表面均是正确的。对传入表面的热流Φ的符号取正值(即热面为正，冷面为负)。
使用式(A. 4)需要知道试件平均表面温度Ts。对于不均匀的试件，这可能是不知道的，此时，可用式(A. 3)计算Tn，式(A. 3)中的hc值可由另一个均匀试件的试验中得到。
例如：
在一次传热系数实验中，得到以下读数：
输入至计量箱的功率:Φ=31.8 W
计量面积:A=1.5 m2
则流经试件单位面积的热流量：Φ/A = 21.2 W/m2
热侧温度：
空气平均温度:Tal=30.98 ℃
导流屏的平均温度：
=29.78℃表面平均温度:Tsl=27.60℃
因此：
和hr= 4×5.67×10-8×301.73=6.23 W/(m2 ·K)
取ε= 0.9,则εhr= 5.61 W/(m2 • K)
hc值未知，用方程式(A.5)：
冷侧温度：
空气平均温度：Ta2=7.39 ℃
导流屏的平均温度：
=7. 69 ℃表面平均温度:Ts2=8.75 ℃
因此：
所以:
表面热阻为：
热侧，
冷侧，
