[發明專利]烤箱內部溫度場的獲得方法

在審

• 申請號: 201410208503.8
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN104019907A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 王衛紅;楊潔
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01J5/52
• 分類號: G01J5/52
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.基于烤箱內部溫度場的獲得方法，包括以下步驟：

(1)輻射力的計算

使用斯蒂芬-玻爾茲曼定律得到烤箱的熱輻射力，公式如下：

e(T)＝εe_b(T)＝εσT⁴

注：e(T)為灰體的輻射力，ε為實際物體的黑度，e_b(T)為黑體的輻射力，σ為斯蒂芬-玻爾茲曼常數，數值上為5.67×10^-8W/m²·K⁴，T為物體的溫度；

(2)灰體的角系數計算

dA₁、dA₂可分別視作兩個灰體的微元面，兩微元面之間的熱輻射包括烤箱壁對烤架平面的熱輻射和發熱管對烤架平面的熱輻射；

a.烤箱壁對烤架平面的熱輻射

cosβ1=ys,cosβ2=zs]]>s＝(x²+y²+z²)^1/2

注：β₁，β₂為與s之間的固定角，x，y，z為各坐標上的值，s是兩個微元面之間的距離；

可以通過以下公式得到角系數：

Fs-w=1As∫As∫Awcosβ1cosβ2πs2dAsdAw=1As∫As∫Awyzπ(x2+y2+z2)2dAsdAw]]>

注：dA_s，dA_w分別為烤架平面以及烤箱壁微元面的面積，F_s-w為烤箱壁以及烤架平面兩灰體間的角系數；

b.發熱管對烤架平面的熱輻射

cosβ1=zs,cosβ2=zs]]>s＝(x²+y²+z²)^1/2

Fs-h=1As∫As∫Ahcosβ1cosβ2πs2dAsdAh=1As∫As∫Ahz2π(x2+y2+z2)2dAsdAh]]>

注：dA_h分別為發熱管微元面的面積，F_s-h為發熱管以及烤架平面兩灰體間的角系數；

根據如上公式，得到各個發熱面的輻射總角系數；

(3)凈輻射量的計算

有效輻射可以看作是投入表面后反射的輻射量以及該物體輻射出來的量之和，公式如下所示：

B＝ρH+εe_b

注：ρ為反射系數，H為投入表面的輻射量，B為離開表面的總輻射量；

然后，由H和B，可以得到凈輻射量，公式如下所示：

qnet=B-H=B-B-ϵebρ]]>

注：q_net為單位面積上的凈輻射量；

可以得到如下結果：

qnet=ϵρeb-1-ρρB]]>

由于把物體表面當作灰體，1-ρ＝ε，即可得到：

qnetA=Qnet=eb-Bρ/ϵA=eb-B(1-ϵ)/ϵA]]>

注：Q_net為凈輻射量；

如果是兩個灰體之間發生熱量輻射，其原理就像電流流過兩個電阻一樣，可以利用如下公式計算凈輻射量：

Qnet1-2=eb1-eb2Σresistances=ϵσ(T14-T24)(1-ϵϵA1)1+1A1F1-2+(1-ϵ1ϵ1A2)2]]>

注：T₁為元件的最終溫度，T₂為元件的初始溫度，ε為A₁面的黑度，ε₁為A₂面的黑度，F_1-2為兩灰體間的角系數；

如上，利用該公式可計算出烤箱內平面上各點所受到烤箱四壁和發熱管的凈輻射量和，掌握烤箱內部溫度場；

(4)變量及靈敏度分析

變量包括：烤箱長、烤箱寬、烤箱高、烤架放置距底部高度、烤架黑度、烤箱四壁黑度、發熱管黑度、發熱管最初溫度、發熱管最終溫度；取烤箱某一邊的熱量值，通過改變其中一種變量的值，以繪制曲線圖的方式，來觀測其熱量分布的變化，以取得較好的熱量分布情況。