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铝板，然后消散到空气中。打开加热器和数据采集系统。允许
系统达到平衡，可能需要五到十分钟。这将是明确的，当
由传感器测量的温度和热流变得几乎恒定。记录这些值。
确保第二个热电偶远离室内的散热片。
加热器的尺寸为1英寸乘1.2英寸，其表面积为Ah=7.75 cm2
.用这个
以找到翅片耗散到空气中的总输入热传递，
q=q“Af。翅片为铝，导热系数为k=175 W/m-k。暴露在外
翅片的表面将是长度乘以宽度的两倍（忽略非常薄的边缘）。因为
辐射的影响可以近似地包括在传热系数中
如导言中所示，问题是来自翅片的纯对流和翅片中的传导
鳍最初，假设从翅片到空气的总传热系数为h=15 W/m2
-K。
1.测量值：
热通量，q“=
传感器温度，Ts=
空气温度，T∞ =
翅片传热，q=
翅片宽度，w=
翅片长度，L=
翅片厚度，t=0.32 mm
鳍区，Af=
翅片效率，ηf=
2.使用针对直翅片给出的方程将测量结果与理论进行比较：
mf=
漏磁=
ηf=
3.这些值与测量值相比如何？
4.用什么更合适的传热系数值来进行理论和实验研究
测量结果是否匹配得更好？
5.用手指感觉翅片上的温度分布。它和你想要的相符吗
预料
鳍
热流计
加热器
©2019年弗吉尼亚理工大学医学系T.E.Diller
传热研讨会4瞬态集总电容简介
名称
具有瞬态温度的系统的一个简单模型是集总电容分析法。
这通常适用于热导率高的固体材料。人们经常想到放一个
将一块金属在不同温度下注入流体，从而在热流中产生阶跃变化。然而
不一定是液体。例如，你的手经常灌注良好，是一个很好的热源。
学习传热课本中的集总电容法。绘制系统并应用
铝块的瞬态能量平衡。重要的假设是
材料在空间上是均匀的，但在时间上是变化的。显示生成的代数解
热通量和温度作为时间的函数，从热事件开始时开始，时间为
铝的初始温度为Ti。
瞬态能量平衡：
𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝑞𝑞
写出符号解决方案：
铝温度作为时间T的函数=
铝的表面热流作为时间的函数，qı=U（Th–T）=
该过程的指数时间常数τ=
q=U（Th–T）
传热研讨会4结果
名称
将热通量传感器放在一侧，然后将铝包裹起来，使用套件中的铝片
在其周围提供布料（套件中），以提供一些热阻。首先，将DAQ与免费软件一起使用
双手之间的热电偶记录双手的稳定温度，然后
重新启动数据采集，并将带有热通量传感器的铝片和布放在两块板之间
手。在金属表面记录传感器的温度和热流约一分钟。
保存文件。基于测得的热流和温差，假设你的手保持在
使用先前测量的相同恒定温度，计算每个温度下的总传热系数
时间将这些值绘制为时间的函数，并取平均值U=
铝块的质量约为14克，尺寸为2英寸。增加1.25英寸。1/8英寸。
认为计算与手接触的侧面的相应表面积，
表面积=
将这些值与铝的特性（C=900 J/kg-K）和平均传热一起使用
计算时间常数值的系数U，τ=。
然后使用该时间常数和来自下式的集总电容模型的理论解
上一页预测温度和热流。绘制这些预测值以及
测量曲线并进行比较。附上三个图（预测和测量的温度、热通量）
以及传递系数U）。
1.发现总传递系数随时间的变化有多大？
2.为什么U的值实际上不是常数？
3.基于计算出的时间常数和初始温度的预测温度曲线有多好
温差是否与测量曲线相符？
4.基于时间常数、平均热传递的预测热通量曲线有多好
系数和初始温差是否与实验值相符？
5.金属是如何形成的系数和初始温差是否与实验值相符？
5.在测试期间，金属件感觉如何，随时间变化？
©2019年弗吉尼亚理工大学医学系T.E.Diller
传热车间5瞬态热阻介绍
名称
一个非常有用的瞬态传热模型是半无限固体。这结合了热效应
材料的电阻以及材料吸收热能的热电容。主要
假设材料很厚（半无限大），热传递是一维的。看热
传递文本以找到半无限热传递理论。虽然数学涉及偏微分
方程解，结果相当简单。如果将恒温源Ts施加到表面
在没有任何接触电阻的材料中，进入表面的热通量是
𝑞𝑞" = �𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
√𝜋𝜋𝜋𝜋
(𝑇𝑇𝑠𝑠 − 𝑇𝑇𝑖𝑖)
材料的初始温度是均匀的Ti，表面温度变化发生在时间t=0
材料的特性为导热系数k、比热C和密度ρ。
所需厚度是时间的函数。传导热传递是一种扩散过程，它会传播到管道中
材料随着时间的增加。因此，看起来无限厚的厚度随时间增加。好的
该厚度L的近似值为：
𝐿𝐿 = 2.√𝛼𝛼𝛼𝛼
其中热扩散率α=k/ρC。这是瞬态传热问题的一个重要性质，表明：
热传递到材料中的速度。
以下是本车间将使用的混凝土和地毯的特性。计算以下各项的剩余值：
半无限解的热扩散率和穿透深度：
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 =
另一种看待这个问题的方法是根据材料R'的热阻，它被定义为
温差与热通量有关。
𝑅𝑅" = (𝑇𝑇𝑠𝑠 − 𝑇𝑇𝑖𝑖)
𝑞𝑞"
确定恒定表面温度半无限解的热阻理论值，
𝑅𝑅" =
它如何随时间变化？R“
勾勒出它应该如何变化。
时间
传热车间5瞬态电阻结果
名称
本次研讨会的目的是研究两种性质截然不同的材料的传热响应：
混凝土地板和地毯。用手作为热源，使用热通量传感器测量表面热通量和温度
表面温度是时间的函数。我们的目标是了解这些不同材料的特性如何影响您的性能
后果
a） 将传感器放在混凝土地板上，开始数据采集，然后将手完全放在传感器上
持续约20秒。
b） 现在，将传感器直接放在地毯上并重复。
从保存的数据文件中，将两种材质的温度作为时间的函数绘制在同一图表上，然后
比较对第二张图上的热通量也做同样的处理。将固体材料建模为半无限固体，假设：
传感器温度为表面温度Ts。对于材料Ti的初始温度，使用传感器
在应用手创建热事件之前的温度。将测得的热通量与这些测量值一起使用
计算每种材料视在热阻随时间变化的温度，Rı=（Ts–Ti）/qı。情节
Rч表示手放在传感器上的时间段内同一图表上的混凝土和地毯。附上
三个图（温度、热流和热阻）交上来。
1.根据您对热渗透深度L的计算，您测试的材料是否足够厚，以：
假设它们是“半无限的”？为什么？
2.热阻R“的结果图在形状上是否与本发明导言中所示的理论相似
研讨会5？
3.物理上（除了方程），为什么热阻随时间变化？
4.两种材料之间的热阻值如何变化？为什么？（看看导热系数
价值观）
5.哪种材料具有较高的热通量？为什么？
6.哪种材料的温度变化较大？为什么？
7.虽然地毯和混凝土的初始温度几乎相同，但为什么混凝土有触感
比地毯（隔热层）冷吗？
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研讨会6：散热器和能量平衡介绍
名称：能源平衡审查
本车间使用加热器强调热阻和能量平衡。明确地
来自加热器的热能流向何处，如何到达那里？这是一个重要的问题
在许多热系统中。为了简单起见，假设它是一维的。在容器的一侧
加热在容器的一侧
加热器将为低导电性材料，另一方面为高导电性材料
在相同温度下开始。当加热器打开时，热流将流向每种材料。
热通量传感器可用于测量每种材料的热通量。
能量平衡可用于表明来自加热器P的总功率必须流向加热器
这两种材料的组合。在图上画出整体能量平衡，并写出代数公式
这里的能量平衡涉及到金属qm和地毯qc的热传递。
相对热阻将决定qm和qc的相对大小（每个的能量大小）
材料）。因为只有一个热通量传感器，所以需要使用两次。首先要衡量什么
然后是金属，然后是地毯。
金属块
加热器（P）
地毯
讲习班6成果
名称
1.将加热器放在地毯或其他良好的隔热材料上，并将金属件放在顶部。
在金属和加热器之间滑动热流传感器。开始数据采集，以建立
在稳态条件下，然后打开加热器。让加热器运行约一分钟，以便清楚地看到
温度和热通量的响应。接下来，在加热器和加热器之间移动热通量传感器
地毯在此情况下重复数据采集。绘制两者的热通量和温度响应
案例。将这些绘图添加到本车间工作表中。
2.绘制每个箱子的系统，并清楚地标记四个主要部件：地毯、加热器、传感器和传感器
金属在每种情况下标记热通量的方向–从加热器到金属件和加热器
地毯
a） 加热器和金属之间的传感器b）加热器和地毯之间的传感器
从加热器到金属的测量值，qım=从加热器到地毯的测量值=
3.为什么热流值如此不同？
4.哪种材料提供更好的散热器？
5.为什么同一个传感器的一个热流正，一个热流负？
6.加热器提供的总功率通量是多少？应付账款=
.
7.到达金属的功率的分数是多少，qцm/（P/A）=
8.这两种情况下的温度响应是什么？
9.为什么这两种情况下的温度响应与热通量如此不同？
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传热车间7热阻介绍
名称
在金属建筑中，绝缘层通常安装在金属柱和外部金属之间
建筑物的外壳。因此，有两条平行的传热路径——
通过绝缘层和高导电性金属螺柱。有时需要一层布
安装在螺柱和绝缘层上，如下所示。
针对这种情况，绘制不同传热路径的热阻网络。清晰地
确定哪些路径是串联的，哪些是并联的。为整体表达式编写一个表达式
墙的热阻。
你卷入了一场关于布料价值的争论。一方认为
布的存在对通过壁的热传递的影响可以忽略不计，因为它太薄了
相对于绝缘层。因此它对建筑物的整体隔热性能影响可忽略不计。
但另一方面说，覆盖在金属螺柱上会对热量产生重大影响
转移有没有办法证明谁是对的并说服所有人？这件事的真相是什么
情况这通常是工程师开发逻辑解释的任务。
传热研讨会7结果
名称
你的任务是通过一些简单的测量来证明或反驳这个论点
在金属上插入一块布，然后在绝缘层（地毯）上插入。用你的手当暖气
热通量传感器上的源，就像您在车间5中所做的一样。这次比较结果，同时
添加一块布。对于四种组合中的每一种，需要大约20或30秒的数据：
a） 传感器直接安装在金属块上。
b） 传感器和金属件之间的布。
c） 传感器直接安装在地毯上。
d） 传感器和地毯之间的布。
1.绘制每种情况下的热通量值，并在一张图上比较所得曲线。
附上你的图表。
计算热处理后同一时间带布和不带布的热通量的近似比率
用手（在峰值后10至20秒内平均数个值），以提供：
一个很好的比较）：
金属：带布的qţ/qť不带布=地毯：带布qŤ/q无布=
2.将布放在地毯上，热阻会发生什么变化？
（测量不确定度至少为5%）
3.将布放在金属上，热阻会发生什么变化？
4.为什么将同一块布放在地毯上的效果与放在金属上的效果不同？
5.原始争议的答案是什么？添加布料会对整个过程产生影响吗
布尔迪 |
