溫度分布表述方法

溫度分布一般可用解析法或圖示法表述：解析法。用某種函數(shù)表述在給定時(shí)刻溫度與空間位置的關(guān)系。例如，定態(tài)固定床反應(yīng)器簡(jiǎn)化為有均勻內(nèi)熱源的圓柱體后，熱傳導(dǎo)時(shí)的徑向溫度分布可用下式表述：

溫度分布用于確定合理的工藝條件，例如根據(jù)催化劑床層中的最高溫度點(diǎn)確定反應(yīng)條件。此外，還可用于計(jì)算熱量通量、傳熱分系數(shù)等。

熱量?jī)H以熱傳導(dǎo)方式傳遞時(shí)，溫度分布可由熱傳導(dǎo)方程解出，通常采用數(shù)值解方法。熱量以對(duì)流傳熱方式傳遞時(shí)，若已知速度分布，則溫度分布可通過能量方程求得。此外，溫度分布也可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。

太陽輻射作用下，混凝土箱梁沿截面高度的溫度分布為非線性分布。對(duì)實(shí)測(cè)的溫度及相應(yīng)溫差按最小二乘法進(jìn)行回歸分析，提出了公路橋梁混凝土箱梁溫差計(jì)算模式：箱梁頂板上邊緣最大溫差值為20℃，向下至腹板按指數(shù)函數(shù)分布；而底板下邊緣最大溫差為1.5℃，并且在200mm高度內(nèi)按直線變化。沿橋軸線方向不同位置和不同高度的箱梁混凝土溫度的觀測(cè)和研究結(jié)果表明，它們具有一致的溫度分布形式。

溫度分布混凝土箱梁沿截面高度的溫差分布模式

通過對(duì)箱梁混凝土溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，可以看到箱梁頂板中心線處測(cè)點(diǎn)溫度變化規(guī)律較為明顯；箱梁各腹板在半梁高中間位置上的測(cè)點(diǎn)，在整個(gè)觀測(cè)周期內(nèi)溫度值都比較穩(wěn)定，且基本上都是同一時(shí)刻所有觀測(cè)值中的最低值；而對(duì)于底板混凝土，兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)非常接近箱梁腹板的外側(cè)面，受到日照作用的影響，溫度值有一定波動(dòng)，而布置在底板中心線上的測(cè)點(diǎn)，測(cè)得的溫度值比較穩(wěn)定。因此，采用各箱梁頂板中心線沿板厚方向的3個(gè)測(cè)點(diǎn)、腹板測(cè)點(diǎn)和底板中心線沿板厚方向3個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度來研究混凝土箱梁沿截面高度的溫差分布模式。

將3個(gè)觀測(cè)日中上述箱梁混凝土測(cè)點(diǎn)的溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分別整理分析，并且采用溫差(溫度梯度)表示，然后與國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范溫度梯度計(jì)算模式的計(jì)算值進(jìn)行比較，初步判定混凝土箱梁沿截面高度的溫差分布形式。

溫度分布沿橋梁縱向不同位置箱梁截面的溫差分布

箱梁2號(hào)觀測(cè)截面與箱梁3號(hào)觀測(cè)截面均在右幅箱梁上。2號(hào)截面箱梁高度為4.794m，3號(hào)截面箱梁高度為3.003m。2號(hào)截面與3號(hào)截面沿橋縱向間隔為121m。2000-07-23對(duì)布置溫度測(cè)點(diǎn)的3個(gè)觀測(cè)截面同時(shí)進(jìn)行了全天的溫度觀測(cè)。

由2號(hào)截面和3號(hào)截面箱梁頂板 、腹板和底板對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)處混凝土溫度隨觀測(cè)時(shí)間的變化曲線，以及2個(gè)觀測(cè)截面在13:00時(shí)沿箱梁高度方向上各測(cè)點(diǎn)混凝土溫度的分布可見，無論是2個(gè)截面對(duì)應(yīng)位置測(cè)點(diǎn)的混凝土溫度隨觀測(cè)時(shí)間的變化，還是在某時(shí)刻沿截面高度溫度的分布都十分接近。

3號(hào)截面實(shí)測(cè)溫度值沿截面高度溫差分布與按前述的溫差計(jì)算模式得到的溫差分布比較。由此可見，截面沿高度實(shí)測(cè)溫差分布與前面對(duì)1號(hào)、2號(hào)截面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析擬合得出的溫差計(jì)算模式是十分吻合的。

2號(hào)和3號(hào)箱梁截面測(cè)點(diǎn)溫度以及3號(hào)箱梁截面實(shí)測(cè)溫差與預(yù)測(cè)值比較可見，雖然3號(hào)截面箱梁與2號(hào)截面箱梁在不同橋跨 、不同高度沿橋縱向相距較遠(yuǎn)，但它們因日照作用而在箱梁沿高度方向產(chǎn)生的混凝土溫差分布具有相同的規(guī)律。

根據(jù)紊流狀態(tài)下的守恒原理，導(dǎo)出了描述掘進(jìn)巷道風(fēng)流紊流流動(dòng)和溫度分布的微分方程。通過對(duì)礦內(nèi)風(fēng)流流動(dòng)及熱力過程的理論分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，系統(tǒng)地開展礦內(nèi)風(fēng)流流場(chǎng)和風(fēng)流溫度場(chǎng)的分布規(guī)律及其耦合作用機(jī)理的理論分析與研究，并利用PHOEN ICS程序進(jìn)行數(shù)值模擬，初步得出了礦井掘進(jìn)巷道風(fēng)流溫度與各種參數(shù)的變化規(guī)律。掘進(jìn)巷道風(fēng)流溫度隨風(fēng)速提高呈負(fù)冪函數(shù)規(guī)律降低，隨入風(fēng)流溫度升高而線性升高。

溫度分布掘進(jìn)巷道風(fēng)流結(jié)構(gòu)與溫度分布的數(shù)值模擬

數(shù)值計(jì)算的條件按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)條件選取，通過數(shù)值模擬，計(jì)算出掘進(jìn)巷道的風(fēng)流結(jié)構(gòu) 、速度分布和溫度分布從計(jì)算結(jié)果可以看出：

(1)風(fēng)流結(jié)構(gòu)：在掘進(jìn)工作面迎頭附近，風(fēng)流結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，由于風(fēng)筒出口風(fēng)流的射流作用，產(chǎn)生渦流區(qū)。整個(gè)掘進(jìn)巷道內(nèi)，風(fēng)筒出口至迎頭的射程區(qū)域內(nèi)反向風(fēng)速最高。從迎頭中心至風(fēng)筒30m處渦流邊緣風(fēng)速較低，而巷壁另一側(cè)距迎頭20m區(qū)域風(fēng)速較高，8m處風(fēng)速達(dá)正向最高值。風(fēng)速由迎頭向工作面后方迅速減小。距迎頭100m之外，風(fēng)流比較穩(wěn)定。

(2)溫度分布：巷道壁面溫度較高，風(fēng)流與其進(jìn)行劇烈的熱交換，風(fēng)流溫度沿風(fēng)流方向逐漸升高。掘進(jìn)巷道同一斷面風(fēng)流中，中間部分溫度低，靠近巷道壁處溫度較高，且溫度變化較大。迎頭風(fēng)筒出風(fēng)口附近因存在局部渦流而產(chǎn)生局部高溫區(qū)?？梢姡唢L(fēng)速區(qū)溫度較低，風(fēng)流結(jié)構(gòu)復(fù)雜的渦流區(qū)溫度較高，且變化劇烈，風(fēng)速是影響溫度分布的主要因素。

溫度分布溫度影響因素對(duì)溫度分布影響規(guī)律的數(shù)值模擬

按上述計(jì)算條件，分別改變掘進(jìn)巷道的風(fēng)量 、入風(fēng)流溫度等參數(shù)，進(jìn)行數(shù)值模擬。

(1)掘進(jìn)巷道溫度隨風(fēng)流速度變化規(guī)律。其他條件不變，取風(fēng)流速度分別為0.25m/s、0.5m/s、0.75m/s和1.0m/s，進(jìn)行工作面溫度分布的數(shù)值模擬。計(jì)算出隨著風(fēng)速增加，掘進(jìn)巷道風(fēng)流溫度隨風(fēng)速的增加而逐漸降低，高溫點(diǎn)的溫度隨風(fēng)速呈負(fù)冪函數(shù)規(guī)律變化?？梢?，高溫礦井的掘進(jìn)工作面，提高風(fēng)速可以降低工作面溫度，改善工作面 氣候狀況。適當(dāng)提高風(fēng)速是掘進(jìn)巷道降溫的有效措施，應(yīng)優(yōu)先考慮。但風(fēng)速過大，降溫效果變得越來越不明顯，并將產(chǎn)生通風(fēng)阻力過大，以及不經(jīng)濟(jì)的問題。

(2)掘進(jìn)巷道溫度隨入風(fēng)流溫度變化規(guī)律。其他條件不變，取入風(fēng)流溫度分別為20℃、21℃、22℃、23℃和 24℃進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算出隨著入風(fēng)流溫度的升高，掘進(jìn)巷道高溫區(qū)的溫度均升高。巷道風(fēng)流溫度與入風(fēng)流溫度的變化關(guān)系呈線性關(guān)系。降低入風(fēng)流溫度是降低工作面溫度的有效措施。但降低入風(fēng)流溫度，必須采取機(jī)械制 冷措施。只能當(dāng)工作面溫度太高，增加風(fēng)量解決不了降溫時(shí)，才可考慮空調(diào)制冷降溫。 2100433B

輻射管表面溫度分布的均勻性作為衡量輻射管的一個(gè)重要的技術(shù)性能指標(biāo)，它影響輻射管的加熱能力、加熱質(zhì)量以及輻射管的使用壽命。U和W型輻射管的應(yīng)用最廣泛，因此以U型和W型輻射管作為研究對(duì)象。

最初的輻射管只在一端安裝燒嘴，輻射管兩端溫差較大。為改善輻射管表面溫度分布的均勻性，在輻射管內(nèi)設(shè)置若干芯塊，芯塊使得高溫氣體充滿輻射管，加強(qiáng)了高溫氣體與管壁間的對(duì)流換熱，尾部溫度有所提高。后來為提高輻射管溫度均勻性，在輻射管兩端都裝有燒嘴，采用脈沖燃燒技術(shù)提高了輻射管溫度分布的均勻性。在脈沖燃燒的基礎(chǔ)上，通過改變兩端燒嘴的燃燒換向時(shí)間可以進(jìn)一步提高輻射管溫度分布的均勻性。

輻射管表面溫度分布的均勻性與火焰的長(zhǎng)度密切相關(guān)。最初的燒嘴只能進(jìn)行一級(jí)燃燒，在此基礎(chǔ)上經(jīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)了可兩級(jí)燃燒的燒嘴，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)燒嘴中一次空氣和二次空氣的配比，可以有效地控制火焰長(zhǎng)度，改善輻射管表面溫度分布的均勻性。

蓄熱式燃燒技術(shù)的出現(xiàn)大大提高了輻射管的溫度均勻性。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn): 隨著空氣預(yù)熱溫度的增加，輻射管表面最大溫差逐漸減小，溫度不均勻系數(shù)也隨之變小。在這一過程中有兩條技術(shù)進(jìn)化路線:

1) 向超系統(tǒng)的進(jìn)化路線: 單系統(tǒng)→雙系統(tǒng)→多系統(tǒng)。按照這條進(jìn)化路線改善輻射管表面溫度分布均勻性的進(jìn)化過程 ( 注:控制系統(tǒng)改為蓄熱體) ，系統(tǒng)正處于進(jìn)化的最后階段。

2) 頻率協(xié)調(diào)進(jìn)化路線單個(gè)物體( 火焰) : 連續(xù)運(yùn)動(dòng)→脈沖→周期性作用→增加頻率→共振。按照這條進(jìn)化路線描述提高輻射管溫度分布均勻性的進(jìn)化過程，系統(tǒng)正處于進(jìn)化的周期性作用階段，可以進(jìn)一步改善兩側(cè)燒嘴的燃燒周期或者向增加頻率的方向發(fā)展，如提高兩側(cè)燒嘴交替燃燒的頻率以提高輻射管溫度分布的均勻性 。

溫度控制temperature control在分布參數(shù)系統(tǒng)中，溫度控制是以控制溫度場(chǎng)中溫度分布為目標(biāo)的。