[发明专利]基于热阻尼理论的蓄热系数测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及蓄热系数测定方法，尤其涉及一种基于热阻尼理论的蓄热系数测定方法。

背景技术

材料蓄热系数定义和建筑热工设计中的热特性指标

1．材料蓄热系数定义

(1)简谐热作用

如附图1所示最简单、基本的周期性热作用是简谐热作用，即温度随时间呈正弦或余弦函数规律变化。 

            

式中：——在时刻的介质温度，℃；

——在一个周期内介质的平均温度，℃；

——温度波的振幅，即介质的最高温度与平均温度之差，℃；

T——温度波的周期，h；

τ——以某一指定时刻(例如昼夜时间内的零点)起算的计算时间，h；

j——温度波的初相位（若坐标原点取温度最大值处，则j=0），deg。

作用在围护结构的周期热，并不都是简谐热。可用傅立叶级数展开方法，通过谐量分析，把周期热变换成若干阶谐量的组合。

(2)半无限厚平壁在简谐热作用下的传热特征

半无限厚平壁是指一侧由一个平面所限制，另一侧延伸到无限远处的壁体。其传热的特征是：从平壁外介质到壁面、到壁体内部温度波动，周期T相同；振幅衰减：＞＞ （为平壁外部介质温度振幅，为壁面温度振幅，为壁体内部温度振幅）；相位延迟：＜＜（为平壁外部介质温度相位，为壁面温度相位，为壁体内部温度相位）。

(3)材料蓄热系数定义

材料蓄热系数S是指半无限厚平壁壁面热流波动振幅与温度波动振幅的比值。

       

式中：S——材料的蓄热系数，W/(m²·K)；

λ——材料的导热系数，W/(m·K)；

c——材料的比热容，kJ/(kg·K)；

ρ——材料的密度，kg/m³；

T——温度波动周期，h。

蓄热系数物理意义：半无限厚平壁表面对简谐热作用的敏感程度，它的数值越大，壁体表面温度波动越小。

在选择房屋围护结构的材料时，可通过材料蓄热系数的大小来调节温度波动的幅度，使围护结构具有良好的热工性能。

2．建筑热工设计中的热特性指标

《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）（附录四 建筑材料热物理性能计算参数）中，蓄热系数S计算参数按温度波动周期为一天即24h计算所得，即

S₂₄ =0.27   [W/m².K] (因T =24×3600s，c的单位kJ/(kg·K) =1000 J/(kg·K)，转换后与S单位相对应。)

从上述公式看出材料的蓄热系数不仅与谐波周期有关，而且是材料的几个基本物理指标的复合参数。

测定材料的蓄热系数需要测定材料密度，特别是需要测定材料多个表面上的热流和温度以测定材料密度、导热系数及比热容，这使得测试方法复杂，测试时间较长，不利于工程现场检测；由于材料的含水率、渗透性能、损伤程度随着材料蓄热系数的变化而变化，因此如何快速测定材料的蓄热系数成了热工实验与检测的值得考虑的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种测试时间短，方法简单的蓄热系数测试方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

基于热阻尼理论的蓄热系数测定方法，包括如下步骤：

1）建立理论热阻尼；

2）通过采集测试数据建立实验热阻尼；

3）对所述步骤1）的理论热阻尼和所述步骤2）的实验热阻尼进行优化得到蓄热系数。

其中所述步骤1）的理论热阻尼模型是通过傅立叶导热定律、热扩散方程和简谐热一维传热方程理论推算出的一个以复数形式表示的与材料蓄热系数和简谐热的频率相关的数学模型。

所述步骤2）的实验热阻尼是通过给予测试系统表面的随机热信号在频域内按线性离散系统关系式表示，并在给定频率段内再使用最小二乘法计算得到的，所述给定频率段为理论热阻尼关于一个参数的灵敏度、试件厚度、理论热阻尼和实验热阻尼关于频率函数的两曲线趋势一致性得到的。

所述步骤3）中采用列文伯格-马夸尔特法进行优化。