瞬态热阻介绍

一个非常有用的瞬态传热模型是半无限固体。这将材料的热阻效应与材料的热容结合起来以吸收热能。主要假设是材料很厚（半无限大），热传递是一维的。查阅传热文本，找到半无限传热理论。虽然数学涉及偏微分方程解，但结果相当简单。如果在没有任何接触电阻的情况下将恒温源Ts施加到材料表面，则产生的进入表面的热通量为：

散热器和能量平衡介绍

审查能源平衡

本车间使用加热器强调热阻和能量平衡。具体来说，来自加热器的热能流向何处，如何到达那里？这是许多热力系统中的一个重要问题。为了简单起见，假设它是一维的。加热器的一侧为低电导率材料，另一侧为高电导率材料，均在相同温度下开始。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的总功率必须流向两种材料的组合。在图上画出总能量平衡，并在此处根据金属qm和地毯qc的热传递写出代数能量平衡。

相对热阻将决定qm和qc的相对尺寸（每种材料的能量）。因为只有一个热通量传感器，所以需要使用两次。首先测量什么进入金属，然后测量什么进入地毯。

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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。启动数据采集以建立稳态条件，然后打开加热器。让加热器运行约一分钟，以清楚地看到温度和热流的响应。接下来，在加热器和地毯之间移动热流传感器。在此情况下重复数据采集。绘制两种情况下的热通量和温度响应。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、传感器和金属。标记每种情况下的热流方向——从加热器到金属件和地毯。

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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？

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6.加热器提供的总功率通量是多少？应付账款=

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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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  报错 笔记

材料的初始温度为均匀Ti，表面温度变化发生在时间t=0。材料的性能为导热系数k、比热C和密度ρ。

所需厚度是时间的函数。传导传热是一种扩散过程，随着时间的增加，它会传播到材料中。因此，看起来无限厚的厚度随时间增加。该厚度L的良好近似值为：

其中热扩散率α=k/ρC。它是瞬态热传递问题的一个重要属性，指示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。计算半无限解的热扩散率和穿透深度的剩余值：

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看待这个问题的另一种方法是根据材料的热阻R“，它被定义为温差与热流的比率。

确定恒定表面温度半无限解的热阻理论值，

R”＝

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它如何随时间变化？

勾勒出它应该如何变化。

研讨会#5-瞬态热阻结果

本次研讨会的目的是研究两种性质截然不同的材料——混凝土地板和地毯的传热响应。用手作为热源，用热流传感器测量表面热流和表面温度随时间的变化。目的是了解这些不同材质的特性如何影响结果。

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，将两种材质的温度绘制为时间的函数，并进行比较。对第二张图上的热通量也做同样的处理。假设传感器温度为表面温度Ts，将固体材料建模为半无限固体。对于材料的初始温度Ti，在用手创建热事件之前，使用传感器温度。使用测得的热流和这些测得的温度来计算每种材料的表观热阻，作为时间的函数，Rı=（Ts–Ti）/qı。在手放在传感器上的时间段内，在同一图表上绘制混凝土和地毯的Rı。将三个曲线图（温度、热流和热阻）附在手上。

1.根据您对热穿透深度L的计算，您测试的材料是否足够厚，以假设其为“半无限大”？为什么？

2.您的热阻R结果图的形状是否与第5车间导言中所示的理论相似？

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？（查看热导率值）

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？

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7.即使地毯和混凝土的初始温度几乎相同，为什么混凝土比地毯（隔热层）感觉更冷？