lehu88乐虎国际娱乐玻璃隔热原理分析及实验

来源:lehu88乐虎国际娱乐技术网(www.chvacuum.com)华南理工大学机械与汽车工程学院 作者:申惠东
  利用辐射- 边部传导耦合模式分析lehu88乐虎国际娱乐玻璃的隔热原理,通过传热通量和传热系数的计算,建立lehu88乐虎国际娱乐玻璃的传热方程,计算出lehu88乐虎国际娱乐玻璃结构沿厚度方向的温度分布和热流通量,对计算值和实验值进行了对比分析。结果表明,lehu88乐虎国际娱乐玻璃传热系数与lehu88乐虎国际娱乐度正相关,lehu88乐虎国际娱乐度决定lehu88乐虎国际娱乐玻璃隔热性能;lehu88乐虎国际娱乐玻璃双面镀低辐射膜隔绝了较多的辐射热交换,其效果比单面镀膜好。   lehu88乐虎国际娱乐玻璃比普通玻璃和中空玻璃具有更好的保温隔热性能,对lehu88乐虎国际娱乐玻璃的隔热原理进行分析研究,可进一步改进lehu88乐虎国际娱乐玻璃的性能,减少能量损失。本文以自制的lehu88乐虎国际娱乐玻璃样品为基础,对lehu88乐虎国际娱乐玻璃隔热原理进行分析,并对理论模型进行实验验证。 1、lehu88乐虎国际娱乐平板玻璃隔热原理   lehu88乐虎国际娱乐玻璃是将四周焊接密封的两块玻璃间的间隙抽成lehu88乐虎国际娱乐状态来达到隔热的目的。其结构如图1所示。这两块玻璃间的间隙为0.1~0.3 mm。   为使玻璃在lehu88乐虎国际娱乐状态下能承受外界大气压力,在两块玻璃之间放许多支撑柱,支撑柱采用Φ 0.5~Φ1.0 mm、高度0.1~0.3 mm的圆柱体,一般情况下没有光学凸异感,其透光性能不受影响。 lehu88乐虎国际娱乐玻璃结构示意图 1.平板玻璃 2.lehu88乐虎国际娱乐隔热层 3.支撑垫片 4.低辐射膜 5.密封 6.抽气口 7.周边密封 图1 lehu88乐虎国际娱乐玻璃结构示意图   热量通过lehu88乐虎国际娱乐玻璃的传导有几种不同的物理过程:两块玻璃板内表面的热辐射;通过支撑物的传导传热;通过相连玻璃板边部的传导传热。这传热过程是同步进行的,所以lehu88乐虎国际娱乐玻璃的传热系数K玻- 玻= K辐射+ K传导+ K对流[1] 。lehu88乐虎国际娱乐玻璃的lehu88乐虎国际娱乐度高,减少了气体的对流传热和传导传热。由于支撑物很小,支撑物同玻璃板接触面积占lehu88乐虎国际娱乐玻璃面积的比例非常小,通过支撑物传导传热也小。所以lehu88乐虎国际娱乐技术网(www.chvacum.com)认为lehu88乐虎国际娱乐玻璃的传热主要取决于辐射传热和边部的传导传热。用镀有低辐射膜玻璃制造的lehu88乐虎国际娱乐玻璃又大大减少了辐射传热,所以,边部传导传热占lehu88乐虎国际娱乐玻璃传热的大部分,对lehu88乐虎国际娱乐玻璃的隔热性能影响较大。 2、lehu88乐虎国际娱乐玻璃辐射和边部传导耦合传热分析 2.1、传热方程的建立   假定内层玻璃先看成两个无限大平板中间充满吸收- 发射介质,因此作如下假设:   ①介质为灰体,即吸收系数和透过率为常数,与波长无关,αλ =α,τλ =τ0 且介质为漫发射体。   ②介质处于局部热力学平衡状态,即被介质吸收的能量将在介质中以平衡分布的方式迅速重新分布,介质发射的光谱不受任何入射辐射的影响。   ③只存在与等温面垂直方向的一维辐射换热。   ④介质的所有物理参数与温度无关[2]   根据上述假设,这是一个一维传热问题,现定义lehu88乐虎国际娱乐玻璃依下至上四表面分别为表面1、2、3、4,由结构对称性,探讨表面1、2即可。则表面1、2分别维持恒定的温度T1 和T2 ,需要求厚为Z 的lehu88乐虎国际娱乐玻璃结构的传热通量。由热平衡状态下的能量守恒定律得: 热平衡状态下的能量守恒定律   式中: qc (H) —厚度H处的导热流量; qr (H) —厚度H处的辐射热流量; q (H) —厚度H处的总热流量; k—导热系数。   利用辐射透过率[3~4]概念得出两端为灰表面的辐射热流量为: 灰表面的辐射热流量   式中: E1、E2 —表面1、2的有效辐射量;τP (H) —介质层透过率;τ(H) —自底部进入介质层的辐射热流量;τP(H - H’) 、τP (L ) —到达H - H′、L 厚度处辐射热流量与自底面进入介质层的辐热流量的比值;σ—斯蒂芬-玻耳兹曼常数;ξ1 、ξ2 —表面1、2的发射率;ρ1 、ρ2 —表面1、2的反射率; H′—当量厚度。 2.2、方程求解   lehu88乐虎国际娱乐玻璃结构的传热控制方程中,能量守恒方程式(1)是一个以温度T为因变量的微分方程,而其中的辐射分量T 4为某一函数,因此能量方程是一个非线性的微分积分方程。通过求解这个非线性的微分积分方程,能得到lehu88乐虎国际娱乐玻璃结构沿厚度方向的温度分布和热流量。   利用一个简单的指数函数来近似代替辐射方程的指数积分函数,从而把积分方程转化成较容易求解的微分方程。其求解结果为:   其中:  ρ1 =ρ2 = 0. 04,ξ1 =ξ2 = 0. 84, k = 1. 02W / (m2 ·K) 。   式中: N —定义传导- 辐射参数;θ—沿玻璃厚度方向无因次温度分布函数; T—温度;α—吸收系数,α取值为0.84。 3、实验及结果分析 3.1、实验方法   导热系数测试仪是依据护热平板法技术原理设计,结构如图2所示。测试仪尺寸为380 mm ×280 mm ×260 mm,采用双平板热防护结构,属于稳态温度场测量方法,隔热用聚苯乙烯泡沫,箱内采用了先进的电子电路系统、半导体制冷技术和带有温度自动校准功能的软件,通过简单、快捷的数字显示界面和控制面板实现仪器的全自动控制、数据采集和处理、导热系数的计算。 导热系数测试仪示意图 1.lehu88乐虎国际娱乐玻璃 2.炉热平板 3.聚苯乙烯泡沫 4.数字显示屏 5.控制面板      图2 导热系数测试仪示意图   该实验在常温条件下进行,隔热用聚苯乙烯泡沫使lehu88乐虎国际娱乐玻璃形成受外界干扰较小的独立的封闭系统,导热系数测试仪外接220 V交流电,其测量过程为全自动控制。 3.2、结果分析 3.2.1、压强   传热系数随着压强减小而大幅度下降。由图3可知,大气压下的内面镀膜lehu88乐虎国际娱乐玻璃传热系数为4. 52W / (m2 ·K) ,而压强为10 -3 Pa时,传热系数为1. 81 W / (m2 ·K) ,这说明lehu88乐虎国际娱乐度对玻璃绝热性能的影响很大,高lehu88乐虎国际娱乐与非lehu88乐虎国际娱乐相比其隔热性能提高近3倍。当压强小于0. 33 Pa后,玻璃夹层基本上消除了气体热传导,只剩下热辐射和由支撑柱封边料产生的热传导,这一结果提供了将材料的传导传热和辐射传热分开的手段,为进一步研究材料的辐射传热提供了方便。   由图3还可看出,传热系数的计算值[5]和实验值在低lehu88乐虎国际娱乐状态下相差较大,随着lehu88乐虎国际娱乐度的增加,误差减小,并在30 Pa左右时有一个重合点,之后误差趋于稳定。由于lehu88乐虎国际娱乐玻璃在实际应用中,lehu88乐虎国际娱乐度一般在0.1Pa以下,因此,自由状态下的误差已基本达到工程的计算要求[5] 内面镀膜lehu88乐虎国际娱乐玻璃的lehu88乐虎国际娱乐度- 传热系数曲线 图3 内面镀膜lehu88乐虎国际娱乐玻璃的lehu88乐虎国际娱乐度- 传热系数曲线 3.2.2、镀膜层   由图4可知,普通玻璃的传热系数与其他三种镀膜玻璃相比较,无论在何种lehu88乐虎国际娱乐度条件下均有明显的差距,表明了镀膜对lehu88乐虎国际娱乐玻璃的隔热效率影响较大。 各种镀膜lehu88乐虎国际娱乐玻璃的lehu88乐虎国际娱乐度- 传热系数曲线 图4 各种镀膜lehu88乐虎国际娱乐玻璃的lehu88乐虎国际娱乐度- 传热系数曲线   从实验可知,当压强进入10-3 Pa的高lehu88乐虎国际娱乐状态下时,外面镀膜lehu88乐虎国际娱乐玻璃的传热系数为1. 45W / (m2·K) ,而内面镀膜lehu88乐虎国际娱乐玻璃为1. 81W / (m2·K) ,相差20% ,即外面镀膜优于内面镀膜。当低辐射膜在外面时,低辐射膜阻挡了护热平板的辐射和由lehu88乐虎国际娱乐玻璃底面向护热平板外的热辐射。当低辐射膜镀置于内面时,只能阻挡护热平板的辐射,lehu88乐虎国际娱乐玻璃外面还能向护热平板进行辐射热, 因此低辐射膜镀置于外面比内面效果好。由图4还可以得出双面镀膜的效果优于任何单面镀膜的效果,但在高lehu88乐虎国际娱乐度条件下,双面镀膜效果与外镀膜效果几近相同,因此,从综合经济效益来看,外镀膜lehu88乐虎国际娱乐玻璃市场应用前景较大[6] 4、结论   (1)建立了lehu88乐虎国际娱乐玻璃的传热方程,用辐射- 边部传导耦合模式来分析lehu88乐虎国际娱乐玻璃的传热,得到lehu88乐虎国际娱乐玻璃结构沿厚度方向的温度分布和热流通量。   (2)lehu88乐虎国际娱乐玻璃的传热系数与压强成正相关,lehu88乐虎国际娱乐度决定lehu88乐虎国际娱乐玻璃绝热性能。   (3)lehu88乐虎国际娱乐玻璃双面镀低辐射膜隔绝了辐射热交换,其效果比单面镀膜好。 参考文献:   [1]  徐成海. lehu88乐虎国际娱乐工程技术[M]. 北京:化学工业出版社, 2006.   [2]  张瑞宏. lehu88乐虎国际娱乐平板玻璃传热理论分析及试验[J]. 农业机械学报, 2006, 37 (12) : 134 - 138.   [3]  EdwardsD K, Tobin R D. Effect of polarization on radiant heat transfer through long passages [J]. Trans. of theASME. Journal ofHeat Transfer, 1989, 967 (2) : 132 - 138.   [4]  Tien C L, YuenW W. Radiation characteristics of honeycomb solar collectors [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1975, 18(12) : 1 409 - 1 413.   [5]  缪宏. lehu88乐虎国际娱乐玻璃传导和对流传热机理研究[J]. 玻璃, 2007, 34 (2) : 7 - 12.   [6]  忻崧义. 提高中空玻璃与lehu88乐虎国际娱乐玻璃节能效果的途径[J]. 玻璃, 2004, 31 (6) : 53 - 56.   lehu88乐虎国际娱乐玻璃隔热原理分析及实验为lehu88乐虎国际娱乐技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。   http://www.chvacuum.com/application/vacuum-glass/043016.html   与 lehu88乐虎国际娱乐玻璃 lehu88乐虎国际娱乐玻璃 相关的文章请阅读:   lehu88乐虎国际娱乐玻璃http://www.chvacuum.com/application/vacuum-glass/