装配式冷库地坪热流测试及其温度场计算.pdf

第9卷第1期 2刷年3月 上海水产大学学报 JOURNAL OF SHANGHAI FISHI蛋SUNNERSITY Vo1.9， 1\0.1 Mah，2αII 装配式冷库地坪热流测试及其温度场计算 邓东泉谢晶徐世琼 中国船舶及海挥工程研究设计院， 上海筑嗣ll上海水产大学食品学院.2αH泊 摘要本主根据实测，对装配式冷库地押在给定温度下产生的热流密度进行了分析，然后对地坪传 热状况进行了简化，建立了传热数学模型，并导出了分析解，最后对地坪温度场进行了数值求解3 关键词装配式冷库，热流密度，温度场 中图分类号TIl657 Testing of heat flow and calculation of the temperature field in assembly cold store Deng Don回皿 M，削ne De5ign 库内8个角附近分别放置热电偶，用以测 量库内温度，库外放置一热电偶用来测量库外温度; 电加热器均匀布置在库内空间，均匀加热库内空气。 Y z 1 山;/ ， 图1地坤表面热电偶、热流计布置示意图 9卷 热流计和热电偶的所有接线接人温度巡回检测 仪的外部端子箱，设定每15 min打印一次数据。 通 过电加热器加热，建立起 16C的库内外温差，根据 立献介绍，加热9h后隔热结构的热情性系数和热容 量都可视为常数，因 此稳定9h后即可在 此温差下进 行热流测试， 此时所得数据即为有用数据[4，5]。 Fig. 1 Arrangemenl of thennocωlple and heat flow m剧Z 2 测试数据整理分析 2.1 计算传热系数 σn出e surface of fl帕r 在温差稳定由后，所得数据可用束计算传热系数，其理论依据是傅立叶定律 q λaT/缸。根据 传热学基本方程 Q二KF.t.当库内外建立起稳定温差，利用热流量直接测量到比热流 q Q /F时，即 可由公式K q/L.t求得地坪传热系数，其中q为热流计直接测量到的地坪比热流值，计算E值时，q取 平均值， L..t为平均温差 地坪上下表面温差的平均值。 地坪传热系数计算值可见表l所示。 从在1可见，该冷库地坪的平均传热系数K二O却17W/m2吧，热阻为R l/K 4.9 58m2“C币，地 坪热导率为λ日δ为地坪厚度，己知δO.4m，则λ0.8面8W/m2Co 襄1地坪传热系戴计算值 Tab.l CaI皿尬刽鸣、曲reof_嗣mfαJefficimt of Ihe f100r 队1 0.192 队2 0.20 民 0.206 2.2计算通过地坪泊漏热量 L K， 0.201 0.207 已知地坪平均面积 A 4. 4 x 3.2 14.08m2， 稳态时测得的电加热器功率为，W 115Ow， 民 0.，“， 地坪漏热量为Q KFL.t O.20 17x14.08x1645.8w， q占且热量的比例，45.8/11500.0 3 98， 可且， 通过地坪的传热量较小。 2.3 稳态传热下A-A截面上热流密度的分布 K， 0级n K， 平均值 0.190 0.2017 为了分析问题方便，将该地坪传热认为是一维空间传热。根据所测得的热流密度值 q，在垂直于x 轴的A-A截面上作q-y圈，得到 条近似的抛物线，见图2 所示。设拟告曲线为，qj y，hy α户，根据多项式拟告，可以求得拟告曲线为 29 “ .0 ，.， .0 图2A-A截面热流密度分布曲线 Fig. 1 Heat flow创� the A -A CIO翅舱巾。n “ 1.5 2.0 ，m 邓东泉等装配式冷库地坪热流测试及其温度场计算 0 0. “ 0 “ 00 时 E hF\ q fy 4 .231甲1.648y O .48y2 这是一 条二次抛物线，开口向上。这 条曲线反 映了A-A截面上，在温差为16;时稳态传热下的 热流密度分布规律。由于地坪的对称性，可以想象 整个地坪的热流密度分布应该呈现抛物面形状。因 试验中测试点较少，不能对该曲面进行函数拟合。 根据测试结果和以上的分析，可见热流密度大 d在各测点处各不相同，地坪中心的热流值要比四 周的热流值小，这反映了隔热层地坪中存在蓄热 作用手日热惰性。 1期 理论分析和求解温度场 数学模型的建立 根据傅立叶定律，热流向量言与温度梯度互于间的关系可表示为向量形式，见 立献[6J。 4一λ石子 1 根据 1式，由能量守恒定理可得到热传导能量方程 ，.T， ，.T， ，.T λ λ λ q x “ x y“ y ， z“ z f U - k 严 3 3.1 2 “∞ “ “ T】 式中.q为单位体积内热源的生成热，ρ为密度， ，为比热容 ，τ为时间。 对于所测试的地坪，热导率是常数，且无内热 A 掠，是各向同性材刺。由于地坪的对称性，且为了分 析问题的方便，我们只研究y和z方向的二维稳态 热传导，井作 如下合理假设 1地坪上表面温度为 常数T，;2其它三个表面温度为吼，见图 3所示。 根据以上假设，由式 2可得以下方程 ，见文献 [7]。 z 事 Y 因3地部表面温度分布 Temperature distribution of the swface of the floor Fig.3 求解上述数学模型 T - T， 首先，定义无量纲温度。 一-一止，于是 3 式转化为 T2 - Tj a /r， a ，T �� -�l 0 句句z，坦 Y 0，θ0 Z二0，e 0 Y a，。二O Z b ，θ 1 利用分离变量法可以求得图3 所确定区域的解析解，最终得到 此二维稳态温度分布场的解为 τl 3 4 ，T， ，T �� 0 5抄y ， zz Y 0， T Tj Z 0， T Tj y α. T Tj Z b ， T T2 3.2 30 上海水产大学学报 f气NrrY，�，I NrrZ， “Nπb .. N‘ o Y�3.2m o ，三z� O.4m 9卷 由T Tj 8 T2 -Tj可得到实际的温度分布。式5即为地坪在y和z方向的二维稳态温度分 布。 3.3 数值迭代，求解温度场 为r进一步验证，平妨在y-方向进行数值求 解。 二维稳态热传导问题，要求确定有限差分网格 中节点温度。 每一节点的温度必须满足适当的节点 方程。 把4式的}j程离散化，得到内部节点方程 47J二Bi，j_l 民_l，j 轧jl 8;I，j /4 6 由于全部表面温度已知，因此只需使用内部节 在方程即可确定温度分布。 图4为平行于y一z丽 的任→截面，大小为3.2mxO.4m，为了求解方程 6 ，将该区域划分为32x 4的网格。 对6式编制 计算机程序井输入，可求出无量纲温度矩阵，据此画 出无量纲温度分布曲线，见图5， 4 结果与讨论 1 本文通过对地坪热流密度的测试，发现在稳 态下近似地坪四周的热流密度 较中心的要大。 2本文通过建立地坪传热的数学模型，求出了 地坪二维稳态温度分布的数学解相数值解。 3实验中，由于布点数量较少，使测试的代表 性受到 千定的限制。 的本主的数学分析解与数值解基本吻合。 5实际上由于热流密度是矢量，要准确反映其 情况，必须在三维空间中进行描述。 目前，热流测试 尚处于探索阶段，要充分认识和推广热流的特性及 应用，有待今后继续努力。 。 “ e � 1.0 白 60 θ.0 图4y- z平行截商划分同格示意图 Fιg.4 Di咱“8IJUllaticsketrl1 of the calcul血吨M onthey-zCJ臼遇货币““ \十�，4 一 Z �O_3 10.2 Z �O.l ZQ 。。二 0.0 0，321 2l I .02 1.24 ，m 图5计算机拟合的y-平行截面温度分布 日g.SCalcul血ngtempeT四lre field simulated by 哑P“W 盖房考立献 1这式奎食品工程测试上海上海交通大学出版社1锦7.359-3刀 2刘小明汾库围护结构的热工性能测试怜藏技术， 19踊， 2，26-28 3磁晶狈分法用于非稳态测定拎库围护结构传热系数的研究植业现代化199毡， 25324�刀 4字绍荣冷板集装箱传热系数的非稳态测定制冷学报1992. 416-20 5 Rm重ne T B. D时““m注f8mytest咽“1“血hl，血onood回ri，α.w阳fu，_四鸣h甜-乱�由四ghwall._ ASHRAETnmsaction， 199咆 14旧旧年516 6钱圣章传然分析与计算北尽高等敏育出版社，1锦7到-57，110121 ， 7 BaschJF. Aoor平皿XI of building也.““.. “缸�回应时el. usi皿，-也redili血ASHRAETmnoacti∞， 1986，922537-到6