基本介紹
- 中文名：動態熱平衡
- 外文名：dynamicheat balance
- 基本概念：熱平衡、熱平衡定律、熱平衡狀態
- 基本釋義：熱平衡狀態處在一個動態變化過程
- 領域：能源利用
- 學科：物理、化學
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基本概念
熱平衡
熱平衡是指同外界接觸的物體，其內部溫度各處均勻且等於外界溫度的狀況。在熱平衡時，物體各部分以及物體同外界之間都沒有熱量交換。在熱工和化學中，如物體在同一時間內吸收和放出的熱量恰好相抵消，也稱該物體處於熱平衡。
熱平衡定律
熱平衡定律是熱力學中的一個基本實驗定律，其重要意義在於它是科學定義溫度概念的基礎，是用溫度計測量溫度的依據。在熱力學中，溫度、內能、熵是三個基本的狀態函式，內能是由熱力學第一定律確定的；熵是由熱力學第二定律確定的；而溫度是由熱平衡定律確定的。所以熱平衡定律如第一、第二定律一樣也是熱力學中的基本實驗定律，其重要性不亞於熱力學第一、第二定律，但由於人們是在充分認識了熱力學第一、第二定律之後才看出此定律的重要性，故英國著名物理學家R.H.否勒稱它為熱力學第零定律。
熱平衡狀態
在沒有外界影響的條件下，熱力學系統的巨觀性質不隨時間變化的狀態。所謂外界影響，是指外界對系統作功或傳熱。不能把平衡態簡單理解為不隨時間變化的狀態。例如，一金屬桿兩端分別始終與沸水和冰水接觸，熱量不斷從一端傳往另一端，則桿各處溫度雖然不同卻並不隨時間變化，但此桿並不處於平衡態。與單純靜止的力學平衡不同，熱平衡態是熱動平衡，系統中的分子仍在作無規則熱運動，只是平均效果不隨時間改變。
動態熱平衡
當一個物體的熱量大量流失的情況下，或者某物體大量獲取熱量的時候，我們還能不能保持物體的溫度不變而處於熱的平衡狀態呢？
事實上這種情況是存在的，我們只要向物體提供，或吸取等量的熱量，就能保持其溫度不變。例如一個工人突然走進高達50℃的高溫火爐旁，熱的輻射使他獲得了大量的熱量，但人必須維持37℃的體溫。這時人體立即有一種反應，即大量出汗，通過水分的蒸髮帶走熱量，將體溫維持在37℃。這時他吸收的熱量和放出的熱量必然是相等的。這種熱的平衡我們稱為動態的熱平衡。
動態熱平衡模型
建築圍護結構
隨著社會的發展，人們在關注室內環境的同時，也將目光轉向了室外微環境。如何正確分析室外微氣候以指導規劃設計，是目前非常熱的話題。影響室外微氣候的因素很多，使得對微氣候的研究非常困難。隨著計算機技術和數值模擬技術的發展，人們開始將CFD技術套用於建築區域風環境和熱環境的模擬中。室外空氣直接吸收太陽輻射的部分很小，主要通過和熱表面的對流換熱和吸收熱表面的長波輻射而引起溫度變化。因此，在外環境的研究中，正確可行地獲得建築圍護結構外表面的溫度，以此作為溫度場計算的邊界條件是非常重要的。文獻區別於以往僅考慮太陽輻射的靜態方法，建立了一個考慮圍護結構蓄熱和傳熱、圍護結構外表面向外輻射散熱、圍護結構外表面吸收天空長波輻射以及外表面吸收周圍物體輻射熱量的動態模型，並用該模型計算了濟南夏季某天某單棟建築各圍護結構外表面的溫度。
景觀水體
為解決室外熱環境數值模擬研究中水體邊界條件設定的問題,文獻借鑑水庫和湖泊水溫分布的計算方法,並根據室外景觀設計中的水體特點,對水面蒸發換熱項和對流換熱項進行了修正.建立了室外熱環境研究中水體溫度的動態熱平衡模型,編制了水體溫度分布的數值計算程式,並使用該程式分析了水面植被遮擋係數、水體深度及水面尺寸等因素對水面溫度的影響.數值分析結果表明:由於存在蒸發現象,水面溫度一般低於空氣溫度,而當水面有漂浮植被時,水體表面溫度會顯著降低;水體表面溫度隨水體深度的增加而減少,但當水體深度超過4 m後,影響變得較小;水面尺寸對水面溫度的影響比較小,只要水體深度設計適當,室外環境中的水體可以獲得較低的表面溫度.
內燃機整機
傳統的發動機冷卻水系統不能隨工況及環境調節冷卻系統的散熱能力。而目前正在發展的智慧型型熱管理系統，可隨時對冷卻的強度進行調節，保證被冷卻的對象工作在最佳溫度範圍，並已由試驗階段向產品階段過渡。建立發動機動態熱平衡模型，可以直觀地對發動機與冷卻系統進行系統分析，為智慧型型熱管理系統的設計與控制策略提供必要的輔助手段。文獻提出了一個基於集總參數法的發動機動態熱平衡模型,考慮了發動機燃燒室的傳熱、發動機主要部件的傳熱、冷卻系統和潤滑系統的工作,建立了燃燒氣體與發動機部件、各部件之間、部件與冷卻液、部件與潤滑油、部件與周圍空氣之間的熱耦合計算公式,對一台單缸柴油機的熱平衡及主要部件的溫度進行了計算,結果證實該模型可用於發動機熱平衡的研究.
地源熱泵土壤
國內外對地埋管地源熱泵系統進行了廣泛的研究，主要集中在地埋管形式及傳熱模型、系統模擬仿真、系統實際運行性能、系統技術經濟分析等方面，取得了豐碩的研究成果，並進行了許多工程實踐。近年來，大家清晰地認識到地埋管地源熱泵土壤動態熱平衡的問題。文獻在綜述地埋管地源熱泵研究現狀的基礎上,分析了土壤熱失衡的原因, 提出了“淺層地熱能”、“淺層岩土蓄能加淺層地溫能才是地源熱泵可持續利用的低溫熱源”、“地源熱泵長期有效發展的核心——夏冬季岩土體排取熱量的動態平衡”、複合地源熱泵等一系列概念，給出了幾種解決措施,指出了地埋管地源熱泵可持續發展的關鍵之處.
