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,无机非金属材料实验墙角电热模拟实验,墙角电热模拟问题,建筑物的墙角，其温度是不均匀的。温度分布形成不均匀的温度场。在室内温度达到“露点温度”时，墙角会返潮。为了克服这点，就得加大墙的厚度或使用保温隔热材料。要把墙加到多厚，或需要使用某种保温材料等问题，可通过模拟来确定。,建筑物的墙角,实验十二墙角电热模拟实验,一目的意义,1测定等温和对流边界条件下，二维墙角的温度分布和换热量。2掌握传热学中热阻的概念及导热问题的数值求解方法。3认识类似现象的比拟在工程实践的作用。,二基本原理,根据相似理论，模拟有同类模拟和异类模拟两大类。网络模拟是建立在差分方程基础之上。根据差分方法，将墙角分为均匀的网格。,网格的交点称为节点。把建筑物分成各个节点来进行分析，是有用的方法。电热模拟是一种解决传热问题的实验方法。此实验方法是基于导热和导电现象有类似的数学描述，即它们满足同一数学方程，只是物理意义有所不同。当实现边界条件的类似之后，就可以实现类比量之间的比拟。,传热在热工理论课中已经讲过。对于墙角传热，是2维的（对于某个墙面则是1维的）。在导热系统中，二维稳定导热微分方程为：,（12-1）在导电系统中，二维稳定导电微分方程为,（12-2）若二系统的边界条件类似，则可用电势e来模拟温度t，称电势e和温度t为类比量。通过测定电势e值，可以换算相应的温度值。,对于某个墙面来说，则是1维的。在导热系统中，一维稳定导热微分方程为：,在导电系统中，一维稳定导电微分方程为,通过测定电势e值，可以换算相应的温度值t：t=C1+C（12-5）,（12-3）,（12-4）,ti+1,j+ti-1,j+ti,j+1+ti,j-1-4ti,j=0（126）,本实验装置为电阻元件构成的电阻网络模型。电阻网络把本来连续的场离散化为许多网络节点，即网络模拟是建立在差分方程基础之上的。当导热系数为常数时，对于均匀网络（图12-1），方程（12-1）的有限差分方程为：,在相应的电网络（图12-2）节点上，根据克希霍夫定律，I=0则有,（12-7）显然，只要满足条件：R1=R2=R3=R4，方程（12-3）和方程（12-4）完全类似。,用电阻网络模拟一个具体的热系统时，还必须使电热系统之间有类似的边界条件。只有当电，热系统之间的边界条件类似时，电阻网络节点测得的电势分布才能模拟热系统中相应的温度分布。等温边界条件：只要电模型边界节点维持等电势即可。对流边界条件：取R2=R3=2R1（由于边界节点网格所对应的元面积为内部节点网格元面的一半，故电阻增加一倍）。,同时R4=,式中：材料的导热系数，w/m.；,对流换热系数，w/m2.；h步长，m。由传热学知，导热热阻和对流换热热阻分别为,式中A为导热面积。可以导出,三实验器材,l1,l2,l3,l4,武汉理工大学*材料科学与工程学院,1电热模拟试验仪模拟墙角的几何尺寸（图12-3），为1/4墙角。l1=2.2ml2=3.0ml3=2.0ml4=1.2m墙体材料（红砖）的导热系数=0.53w/m.对流换热系数见仪表盖内所示。2交流稳压器3数字显示万用表,万用表,武汉理工大学*材料科学与工程学院,电热模拟实验仪,武汉理工大学*材料科学与工程学院,四测试步骤,1接通交流稳压电源，根据边界条件的要求，调整内、外边界节点间电压至规定值2.0V。2测出各节点与边界节点间的电压值，记录在节点网络图（图12-4）。测量过程中，应随时检测内，外边界节点间的电压是否保持规定值，如有变化，及时调整。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,.等温边界,式中C1电压、温度比例系数，见仪器常数。C1=2/40=0.05t1为外墙边界温度。40t2为内墙边界温度。0e节点间的电势差。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,五测试结果处理1计算各节点的温度值,12-8,.对流边界,式中C1电压、温度比例系数，见仪器常数。C1=2/20=0.1t1外墙边界温度。30t2内墙边界温度。10e节点间的电势差。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,五测试结果处理1计算各节点的温度值,12-9,按上式计算每个接点的温度值，标注在下表的该接点中。,计算各节点温度值记录表,武汉理工大学*材料科学与工程学院,2.根据计算所得各节点的温度，在墙体内绘出三条连续、光滑的等温曲线。先选取一个温度值，以这温度作1条等温度曲线。同理，再取2个温度值，以这2个温度作2条等温度曲线。,各节点温度值计算与等温曲线示例,武汉理工大学*材料科学与工程学院,3计算通过内、外壁的热量通过墙角内、外壁热量的计算公式为Q=4t计算外墙的传热量，t用“外墙的温度右边第2节点的温度”进行计算；内墙的传热量，t用“内墙左边节点的温度”进行计算要求内、外壁传热量的偏差不大于5%。否则重做实验。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,外壁热量内壁热量,实验结果分析1.所作的三条等温曲线说明什么问题？2.计算外墙的传热量，内墙的传热量，误差多少？说明什么问题？,武汉理工大学*材料科学与工程学院,思考题1.本实验是如何处理对流边界条件的，为什么对流边界电热模拟试验仪的节点比等温边界时内，外各多设了一排？2.电热模拟实验的设计原理是什么？在解决工程实际问题中的作用如何？3.实验十中所做的测定，也是应用相似理论，采用模拟技术