理论教育 模型建立与参数分析-数学建模典型应用案例及理论分析

模型建立与参数分析-数学建模典型应用案例及理论分析

时间:2023-11-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:与此问题有关的因素见表3.1。表3.1影响双层玻璃窗和单层玻璃窗传热性能的相关参数为简化模型,假设:热量的传播过程只有传导,没有对流。于是,对于双层玻璃窗单位时间、单位面积的热量传导从式(3.1)中消去Ta、Tb,可得其中,。为了得到更具体的结果,需要k1和k2的数据。从有关的数据可知,常用平板玻璃的热传导系数k1=4×10-3~8×10-3[J/],不流通、干燥空气的热传导系数k2=2.5×10-4[J/],于是。

模型建立与参数分析-数学建模典型应用案例及理论分析

与此问题有关的因素见表3.1。

表3.1 影响双层玻璃窗和单层玻璃窗传热性能的相关参数

为简化模型,假设:

(1)热量的传播过程只有传导,没有对流。即假定窗户的密封性能很好,两层玻璃之间的空气是不流动的。

(2)室内温度T1和室外温度T2保持不变,热传导过程已处于稳定状态。即沿热传导方向,单位时间通过单位面积的热量是常数。

(3)玻璃材质均匀,热传导系数是常数。

为建立模型,必须找出这个问题所遵从的物理规律。在上面的假设下,由热传导过程所遵从的物理规律可知:单位时间由温度高的一侧向温度低的一侧通过单位面积的热量,与两侧温差成正比,与厚度成反比。于是,对于双层玻璃窗单位时间、单位面积的热量传导

从式(3.1)中消去Ta、Tb,可得(www.daowen.com)

其中,

对于厚度为2d的单层玻璃,容易写出其热量传导为

两者之比为

显然Q<Q′。为了得到更具体的结果,需要k1和k2的数据。从有关的数据可知,常用平板玻璃的热传导系数k1=4×10-3~8×10-3[J/(cm·s·℃)],不流通、干燥空气的热传导系数k2=2.5×10-4[J/(cm·s·℃)],于是

在分析双层玻璃窗比单层玻璃窗可减少多少热量损失时,做最保守的估计,即取,由式(3.2)、式(3.3)得

比值反映了双层玻璃窗在减少热量损失上的功效,它只与h有关,当h由0增加时,迅速下降,而当h超过一定值(比如h>4)后下降变缓,可见h不宜选择过大。

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