传热与传质大作业
学 院：专 业：姓 名：学 号：授课教师：
机械与车辆学院 动力工程及工程热物理
荆 磊 2120120478 王 瑞 君
2012年12月19日
一、冬季北方地区为了保温一般都采用双层玻璃，请运用所学的知识计算
双层玻璃间隔多少时最有利于保温。有关室内外温度、玻璃厚度等边界条件自行设定。
1、双层玻璃隔热效果探究中的假设条件：
①设室内热量的流失是热传导引起的，不存在户内外的空气对流。即窗户的密封性很好，两层玻璃之间的空气不流动。
②室内温度T1=291K(18℃)与户外温度T2=263K（-10℃）均为常数，热传导过程已处于稳定状态。
③玻璃是均匀的，热传导系数为常数。玻璃厚度d=5mm。 2、符号说明：
Q—单位时间单位面积传导的热量； ?T—温度差； k—热传导系数； d—玻璃厚度； l—双层玻璃间隔。 3、模型的建立与求解：
双层玻璃与单层玻璃
3.1对于双层玻璃，
“？记双层玻璃传递的热量为Q1,内层玻璃的外侧温度为T3,外层玻璃的内侧温度为T4,k1为玻璃的热传导系数，k2为玻璃间空气的热传导系数。
?T所以，根据热传导定律的公式：Q?k。即，
d
Q1?k1T1?T3T?TT?T?k234?k142， dld所以推出，Q1?k1T1?T2kl,其中s?h1,h?。 d(s?2)k2d?T。 d3.2对于单层玻璃，
记单层玻璃传递的热量为Q2,所以根据热传导定律的公式：Q?kT1?T2。 2d3.3双层玻璃和单层玻璃的关系
即，Q2?k1根据上述两式，可得双层和单层玻璃传导的热量之比：
Q1k2l?,其中s?h1,h? Q2s?2k2d明显，Q1＜Q2，
经查阅资料，k1=4?10-3 ~8 ?10-3, k2=2.5?10-4, k1/k2=16 ~32， 对
Q1k的减少量作最保守的估计，取1=16， Q2k2因此可以得到：
Q11l?,其中h?， Q28h?1d用Matlba作图： >> clear >> x=0:0.1:10; >> y=1./(8*x+1); >> plot(x,y,'r:') >> grid on >> xlabel('l/d'); >> ylabel('Q1/Q2');
>> title('Q1/Q2与l/d的关系图形'); 得到Q1/Q2与l/d的关系：
根据上图可以看出随着l/d的增加，Q1/Q2的值迅速下降，而当l/d超过了一定值后（例如l/d>4）后，Q1/Q2的值下降速度趋于缓慢，可见只要选择一个适中的l/d值即可。所以一般建筑要求双层玻璃窗所夹空气厚度l与单层玻璃厚度d之比h=l/d约为4。 3.4模型的应用
一般情况下，建筑规范要求l/d?4。据此模型可得Q1/Q2?3.03%，即双层玻璃窗比同样多的玻璃材料制成的单层玻璃窗节约热量约为96.97%。虽然双层玻璃窗的工艺复杂会增加一些成本，但它减少的热量损失却是相当可观的。不难发现，双层玻璃窗之所以有如此之高的功效主要是由于两层玻璃之间空气很低的导热系数k2，而这个前提是，空气必须是干燥且不流通的。作为该数学模型假设的这个条件，在实际环境下必然是不可能完全满足的。所以实际上，双层玻璃窗的隔热功效会比模型所得的结果要差一些。另外，应该要注意到，一个房间的热量散失，通过玻璃窗常常只占一小部分，热量还要通过天花板、墙壁、地面等流失。
4、双层玻璃间隔l的估算。
北方除了室外无框玻璃门要求玻璃厚度较高，一般10mm—12mm之间外，室内门窗玻璃厚度在5mm左右就可以了。所以l=4d=4×5=20mm=2cm，即双层玻璃间隔在2cm时候保温效果最好。
二、运用所学知识计算内燃机燃烧室内高温燃气与燃烧室壁之间的换热量（包括热辐射换热和对流换热），有关燃烧室内燃气温度、燃烧室形状、 缸径等边界条件自行设定。
1、内燃机高温燃气与燃烧室间换热量探究中的假设条件： ①燃烧室形状定为圆柱形，燃烧室壁材质均匀，黑度相同；
②燃烧室壁温度相对燃气温度变化很小，可忽略不计，故定燃烧室壁为恒温，取Tw=500K。
③假定燃烧室高度H=40mm，燃烧室直径d=300mm。 2、符号说明：
h—对流换热系数；?g—燃气黑度；?w—燃烧内壁黑度； Tw—燃烧室内壁温度；Tg—燃烧室内高温燃气温度；
?b—辐射系数；?g—燃气吸收率；A—燃烧室内壁面积；
3、模型的建立与求解
燃烧室的几何形状包括气缸盖和活塞顶形状以及火花塞位置。本次探究中，我选用的是圆柱形的燃烧室，在压缩冲程末期，活塞顶接近上止点是燃烧室内燃气开始剧烈燃烧，高温燃气与燃烧室壁发生对流换热和辐射。
在活塞一个运动周期内，燃烧室内温度和换热系数变化非常大（如图1和图2所示）。当可燃气体燃烧时，燃烧室内换热系数和温度迅速达到最大值，并且持续时间很短。该模型为一个非稳态换热模型，本文仅对温度高于1000 0C的高温燃气进行分析。
图1 燃烧室内对流换热系数变化