Amesim分析典型玻璃传热过程

 文章来源Amesim学习与应用***，作者新浩 

大家好，最近天气寒冷，看到北方居民的玻璃外面都开始结霜，由此想到使用Amesim做一个玻璃传热的小例子，供大家参考学习。

例题基础版：

一块铝板（导热系数237.89725W/(m·K））长×宽各1米，厚度100mm，铝板两侧的表面温度分别为-20℃和20℃，求热流率dh 是多少？

首先，通过理论计算如下：

计算结果为：

dh1=40*1*237.89725/0.1=95158.9W

该题主要计算的是线性热传导，所以可以使用热传导元件进行计算，建模如下：

左右两侧温度分别设置为-20℃和20℃，中间的热传导元件按照题目要求，设置导热系数、距离、面积等信息，即可计算得到dh1=95158.9W,与理论计算结果一致。

从计算结果可以看出，结果就是一条横线，该结果是瞬间达到平衡状态的。如果我们考虑到铝板本身有很大的热容，想知道铝板的温度变化情况，上述模型就无法满足我们的需求了。

于是我们将模型改进为下图所示的模型，增加热容质量块，用于模拟铝板的温度变化情况。此处需要特别注意的地方在于，热容质量块采用集总参数法计算，平均温度在中心点，所以两侧的热传导距离分别设置50mm才正确。

计算结果如下图所示，仿真时间2000s，模型计算结果不再变化，计算结果为dh=95155.7W，与理论计算95158.9W的稍有差异，仔细查看结果发现，平均温度不等于0，两侧温度对称则中心温度应当等于温差的一半，但是软件计算结果为0.005℃，原因就在于导热系数是跟温度有关的，温度高的一侧导热系数较大，所以平均温度偏向于壁面温度较高的一侧。

上面的例子是比较理想的，实际上我们很难准确知道壁面温度，只知道环境温度大小，所以上面的题做一个简单的更改：

例题升级版：

一块玻璃（导热系数固定0.8W/(m·K））长×宽各1米，厚度100mm，玻璃两侧的空气温度分别为-20℃和20℃，表面对流换热系数为10W/(m2·K）,忽略辐射换热，求热流率dh和玻璃两侧的壁面温度?

为了对照仿真模型，我们依然做理论计算：

稳态热流率：

两侧壁面温度：

之前答疑群中交流该模型如何建立时，一位老哥甩出了如下模型，包括热容质量块模拟玻璃，两侧分别添加表面对流换热元件。

我就不再贴出结果了，这个模型是典型的初学者容易犯的错误，只是将物理场景映射到Amesim里面建模，而没有考虑热传递过程。

主要错误有如下两点：

a)   热容质量块计算结果是中心温度，而对流换热系数用的是两侧壁面温度，对流换热元件的温度边界有错误；

b)   没有计算热传导。中间的热容质量快，只会计算热流变化引起的平均温度变化，并不会去计算热传导；

但这个模型距离正确的模型，只有一步之遥了，很简单但是也考察大家对元件的熟练程度了，老铁们自己建模算一下，看看能否和前面的理论计算结果一致。

例题思考版：

一块空气夹层玻璃（导热系数固定0.8W/(m·K））长×宽各1米，单层玻璃厚度均为8mm，中间空气夹层厚度10mm，玻璃表面和空气（导热系数固定0.0627W/(m·K））之间的表面对流换热系数为10W/(m2·K），空气夹层玻璃两侧的空气温度分别为-20℃和20℃，忽略辐射换热，求热流率dh和玻璃最外部两侧的壁面温度?

先给出理论计算结果，dh=69.026W，玻璃最外侧壁面温度为±13.1℃。上一个例子相信大家可以很快做出来，那么这个例子就稍微有点挑战了，额外增加了空气的热传导，建模方法就完全不同了。

请自己尝试建模算一下，看看能否和理论计算结果一致，如果仿真计算结果和理论计算结果一致，说明您已经用的足够熟练了。

Theamal库是非常常用的库，包含了湿空气、对流换热、辐射换热、热传导等诸多基础元件，几乎所有热相关的计算都依赖这个库，希望大家能用好他们，也欢迎大家加我的微 信（amesim_ai）一起学习和讨论Amesim中的知识点。