溫度分布

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。

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)場實(shí)測，系統(tǒng)地開展礦內(nèi)風(fēng)流流場和風(fēng)流溫度場的分布規(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)場實(shí)測條件選取，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)。可見，高風(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?？梢姡邷氐V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

熱量僅以熱傳導(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)測數(shù)據(jù)的分析，可以看到箱梁頂板中心線處測點(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點(diǎn)，在整個(gè)觀測周期內(nèi)溫度值都比較穩(wěn)定，且基本上都是同一時(shí)刻所有觀測值中的最低值；而對(duì)于底板混凝土，兩側(cè)的測點(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點(diǎn)，測得的溫度值比較穩(wěn)定。因此，采用各箱梁頂板中心線沿板厚方向的3個(gè)測點(diǎn)、腹板測點(diǎn)和底板中心線沿板厚方向3個(gè)測點(diǎn)的實(shí)測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)觀測日中上述箱梁混凝土測點(diǎn)的溫度實(shí)測數(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)觀測截面與箱梁3號(hào)觀測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)布置溫度測點(diǎn)的3個(gè)觀測截面同時(shí)進(jìn)行了全天的溫度觀測。

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)測點(diǎn)處混凝土溫度隨觀測時(shí)間的變化曲線，以及2個(gè)觀測截面在13:00時(shí)沿箱梁高度方向上各測點(diǎn)混凝土溫度的分布可見，無論是2個(gè)截面對(duì)應(yīng)位置測點(diǎn)的混凝土溫度隨觀測時(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)測溫差分布與前面對(duì)1號(hào)、2號(hào)截面實(shí)測數(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)箱梁截面測點(diǎn)溫度以及3號(hào)箱梁截面實(shí)測溫差與預(yù)測值比較可見，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。

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中溫度分布為目標(biāo)的。