第三章反应堆稳态工况下
传热计算
第一节反应堆内功率的产生和分布
反应堆内的热源问题，即能量在反应堆内的分配，掌握裂变能的分配情况。
重点讲解：燃料元件内温度的空间分布，即温度场分布。
主要目的：
（1）由于温度梯度会造成热应力，材料在高温下的蠕变和低温下的脆裂等现象都密切与温度有关系；
（2）包壳表面和冷却剂的化学反应也与温度密切相关；
（3）从堆物理角度考虑，由于燃料和慢化剂的温度变化会引入反应性的变化，影响到堆的控制。
影响燃料元件内的温度场的因素：燃料的释热率
一、核裂变产生的能量
虽然不同核燃料元
素的裂变能有所不
同，但一般认为大
约为200Mev。
一、核裂变产生的能量
二、堆芯功率的分布
1、裂变率
在单位时间(1s)单位体积(1cm3)燃料内，发生的裂变次数，称为裂变率。
核子密度
核子密度是指单位体积内的原子核数目。
2.芯块内的体积释热率
?体积释热率是单位时间、单位体积内释放的热能的度量，也称为功率密度。
?体积释热率指的是已经转化为热能的能量，并不是在该体积单元内释放出的全部能量。均匀化的芯块内的体积释热率为：
3. 堆芯总热功率
由于屏蔽层、各种结构件和冷却剂内等处的释热也是反应堆总功率的一部分，因此反应堆总热功率为：
堆芯的总热功率
三、均匀裸堆释热率分布
均匀裸堆的定义：
是一个极其简化的堆芯模型。假设富集度相同的燃料均匀分布在整个活性区内，且活性区外面没有反射层。
1. 均匀裸堆活性区热中子通量分布
2. 均匀裸堆的释热率分布
注意：这样得到的是把全堆芯均匀化之后的结果，若考虑元件棒和慢化剂的不均匀分布，导致裂变能在不同的地方被不同材料吸收而转化为热能，裂变能的绝大部分在燃料元件内转换为热能，少量在慢化剂和其它结构材料内释放，则元件棒内的释热率为：
堆芯内的释热率空间分布是随燃耗寿期而改变的，在对堆芯作较详细的热工分析时，堆芯释热率分布也就是中子通量分布随寿期的变化应由堆物理计算得到。
压水堆三区布置时的归一化功率分布
燃料采用分区布置后，在半径方向上的功率分布已经不是零阶贝塞尔函数分布
2. 控制棒对功率分布的影响
控制棒是热中子的强吸收材料，在控制棒附近使得功率下降很多，因此合理的把控制棒布置在反应堆的不同位置，可以得到比较理想的功率分布。
控制棒对反应堆径向功率分布的影响：
2. 控制棒对功率分布的影响
控制棒分类及其作用
控制棒对反应堆的轴向功率分布的影响：
4. 功率展开
为什么要进行功率展平?
压水堆限制功率输出是由传热能力来决定的，因此局部的功率峰值限制了整个反应堆的输出功率，进行功率展平的目的是为了尽可能提高反应堆的总输出功率。
功率展平的主要措施有：
1. 堆芯部分燃料元件分区布置
2. 合理布置控制棒，采用束棒及部分长度控制棒
3. 堆芯内可燃毒物的合理布置
4. 采用化学补偿溶液
5. 堆芯周围设置反射层
五、燃料元件内的功率分布
传热学--第三章第三节一维非稳态导热问题 §3 — 3 一维非稳态导热的分析解 本节介绍第三类边界条件下：无限大平板、无限长圆柱、球的分析解及应用。如何理解无限大物体，如：当一块平板的长度、宽度>> 厚度时，平板的长度和宽度的边缘向四周的散热对平板内的温度分布影响很少，以至于可以把平板内各点的温度看作仅是厚度的函数时，该平板就是一块“无限大”平板。若平板的长度、宽度、厚度相差较小，但平板四周绝热良好，则热量交换仅发生在平板两侧面，从传热的角度分析，可简化成一维导热问题。 一、无限大平板的分析解 已知：厚度的无限大平板，初温t0，初始瞬间将其放于温度为的流体中，而且> t0，流体与板面间的表面传热系数为一常数。 试确定在非稳态过程中板内的温度分布。 解：如图3-5 所示，平板两面对称受热，所以其内温度分布以其中心截面为对称面。对 于x 0 的半块平板，其导热微分方程：(0 （边界条件） （边界条件） 对偏微分方程分离变量求解得： （3-10 ） 其中离散值是下列超越方程的根，称为特征值。 其中Bi 是以特征长度为的毕渥数。 由此可见：平板中的无量纲过余温度与三个无量纲数有关：以平板厚度一半为特 征长度的傅立叶数、毕渥数及即：（3-12) 二、非稳态导热的正规状况阶段 1 、平板中任一点的过余温度与平板中心的过余温度的关系 前述得到的分析解是一个无穷级数，计算工作量大，但对比计算表明，当Fo>0.2 时，采用该级数的第一项与采用完整的级数计算平板中心温度的误差小于1% ，因此，当Fo>0.2 时，采用以下简化结果：（3-13 ） 其中特征值之值与Bi 有关。 由上式（3-13 ）可知：Fo>0.2 以后平板中任一点的过余温度(x ，τ) 与平板中心的过余温度(0 ，τ)=（τ ）之比为：（3-14 ） 此式反映了非稳态导热过程中一种很重要的物理现象：即当Fo>0.2 以后，虽然(x ，τ) 与（τ ）各自均与τ 有关，但其比值则与τ 无关，而仅取决于几何位置（x/ ）及边界条件（Bi ）。也就是说，初始条件的影响已经消失，无论初始条件分布如何，只要 第五章 稳态工况法 轻型点燃式发动机汽车简易稳态工况污染物排放检测系统（简称ASM 系统）是基于轻型车（总质量为 3500kg 以下的M 、N 类车辆）污染物浓度排放的测试系统。它用轻型底盘测功机对被检辆进行道路阻力模拟加载，在25km/h 、40km/h 等速工况下测量尾气排放。与双怠速测量方法相比，与实际道路的相关性较好。且操作简单、重复性好。 GB 18285-2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值和测量方法》给出了ASM 稳态工况测量方法,HJ/T 291-2006 《汽油车稳态工况法排气污染物测量设备技术要求》给出了底盘测功机、尾气分析仪、微机控制系统等设备要求, HJ/T 240-2005《确定点燃式发动机在用汽车简易工况法排汽污染物排放限值的原则和方法》给出了排放限值的确定原则和方法。 5.1 设备组成及原理 5.1.1 ASM 系统组成 ASM 工况法试验设备由轻型底盘测功机、五气分析仪、电气控制系统、计算机控制软件、及助手仪（如电视机）、车辆散热风扇、安全保护装置等组成。具体组成见图5-1。 彩色电视 底盘测功 车辆散热风扇 图5-1 ASM 况法设备组成 废气分析仪 电机变频器主控柜 计算机 打印机 1、底盘测功机 轻型底盘测功机用来承载测试车辆，用主控柜部分的控制电路控制功率吸收装置，来模拟车辆行驶阻力。测功机上还装有传感器测量车速和扭力，并传输给控制部分进行分析和计算。底盘测功机由轻型测功机台架、电机变频装置、挡车器、车辆散热风扇、助手仪（如电视机）等组成。 2、计算机控制系统 由主控柜、工业控制计算机、打印机、电气控制系统、计算机软件系统组成。控制过程及软件操作执行GB18285-2005及HJ/T291-2006标准。用于ASM测量过程的控制、数据测量处理与评价。 3、五气分析仪 此分析仪在测试过程中测量车辆排气管中排出的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、二氧化碳（CO2）、一氧化氮（NO）和氧（O2）的浓度，并把信息实时的传输给主控部分。 5.1.2 ASM 测试原理 被检车辆驱动轮停放到底盘测功机上，车辆启动，由检验员将车速控制稳定到规定工况速度（25km/h 及40km/h两个工况），由电气控制系统控制调节功率吸收装置，使得加载到滚筒表面的总吸收功率THP 为测试工况下的给定加载值时，车辆稳定带载荷运行。五气分析仪测量车辆的尾气排放中各成份的含量、通过分析仪自带的环境测试单元测取温度、湿度、气压参数，计算出稀释系数（DF），然后计算出校正后的CO、HC、NO排放浓度值，并给出合格性评价。 测试过程中，控制系统发出操作指令,由助手仪（如电视机等）显示，引导检验员操作，车辆散热风扇对车头吹风散热，安全装置用于保护测试时的车辆运行安全。 对不同车辆，GB 18285-2005给出加载设定功率的公式如下： P5025-2 =RM/148 （5-1） P2540-2= RM/185 （5-2） 式中： RM ——基准质量，kg； P5025-2——滚筒直径为 218mm的测功机ASM5025工况设定功率值，kw； P2540-2——滚筒直径为 218mm的测功机ASM2540工况设定功率值，kw。 测功机对车辆加载功率时的指示功率： IHP=P-PHLP （5-3） 式中： IHP ——在指定的测试工况下，测功机的指示功率,kw； P ——在指定的测试工况下，根据基准质量计算得到的设定功率值,kw； PLHP ——在指定的测试工况下，测功机内部损耗功率，kw。 5.2 ASM试验方法 5.2.1试验准备 1、车辆准备 （1）如需要，可在发动机上安装冷却水和润滑油测温计等测试仪器。 （2）应关闭空调、暖风等附属装备。装备牵引力控制装置的车辆应关闭牵引力控制装置。 （3）车辆预热：进行试验前，车辆各总成的热状态应符合汽车技术条件的规定，并保持稳定。 第三章非稳态导热分析解法 本章主要要求： １、重点内容： ① 非稳态导热的基本概念及特点； ② 集总参数法的基本原理及应用； ③ 一维及二维非稳态导热问题。 2 、掌握内容： ① 确定瞬时温度场的方法； ② 确定在一时间间隔内物体所传导热量的计算方法。 3 、了解内容：无限大物体非稳态导热的基本特点。 许多工程问题需要确定：物体内部温度场随时间的变化，或确定其内部温度达某一极限值所需的时间。如：机器启动、变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏。因此，应确定其内部的瞬时温度场。钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素；金属在加热炉内加热时，要确定它在炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。 §3—1 非稳态导热的基本概念 一、非稳态导热 1 、定义：物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 2 、分类：根据物体内温度随时间而变化的特征不同分： 1 2 ）物体的温度随时间而作周期性变化 如图 3-1 所示，设一平壁，初值温度 t 0 ，令其左侧的表面温 度突然升高到 并保持不变，而右侧仍与温度为 的空气接触，试分 析物体的温度场的变化过程。 首先，物体与高温表面靠近部分的温度很快上升，而其余部分仍 保持原来的 t 0 。 如图中曲线 HBD ，随时间的推移，由于物体导热温度变化波及范 围扩大，到某一时间后，右侧表面温度也逐渐升高，如图中曲线 HCD 、 HE 、 HF 。 最后，当时间达到一定值后，温度分布保持恒定，如图中曲线 HG （若 λ=const ，则 HG 是直线）。 由此可见，上述非稳态导热过程中，存在着右侧面参与换热与不参 与换热的两个不同阶段。 （ 1 ）第一阶段（右侧面不参与换热） 温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，即：在此阶段物体温度分布受 t 分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段。 （ 2 ）第二阶段，（右侧面参与换热） 当右侧面参与换热以后，物体中的温度分布不受 to 影响，主要取决于边界条件及物性，此时，非稳态导热过程进入到正规状况阶段。正规状况阶段的温度变化规律是本章讨论的重点。 2 ）二类非稳态导热的区别：前者存在着有区别的两个不同阶段，而后者不存在。 3 、特点； 非稳态导热过程中，在与热流量方向相垂直的不同截面上热流量不相等，这是非稳态导热区别于稳态导热的一个特点。 一维非稳态导热的数值计算 一、实验名称 一维非稳态导热的数值计算 二、实验内容 一块无限大平板（如图3所示），其一半厚度为L=0.1m ，初始温度T 0=1000℃，突然将其插入温度T ∞=20℃的流体介质中。平板的导热系数λ=34.89W/m ℃，密度ρ=7800 kg/m 3，比热c=0.712310 J/kg ℃，平板与介质的对流换热系数为h=233W/m 2.℃，求平板内各点的温度分布。 三、实验编程 #include for(k=0; k<=1000; k++) {for(i=1; i<=L-1; i++) for(j=1; j<=L-1; j++) {T[i][j] = T[i][j] + (a/4)*(T[i+1][j] + T[i][j+1] + T[i-1][j] + T[i][j-1] - 4*T[i][j]); } } printf(" a = %lf\n", a); printf("T[x][y] = ...\n"); for(i=0; i<=L; i++) for(j=0; j<=L; j++) {printf("%.1lf\t", T[i][j]); if(j == L) putchar(10); } return 0; } 四、运行结果 计算传热学程序报告 题目：一维非稳态导热问题的数值解 姓名： 学号：学院：能源与动力工程学院专业：工程热物理日期：2014年5月25 日 一维非稳态导热问题数值解 求解下列热传导问题: 1. 方程离散化 对方程进行控制体积分得到: 非稳态项：选取T随x阶梯式变化，有扩散项：选取一阶导数随时间做显示变化，有进一步取T随x呈分段线性变化，有 T ()e x T E T P (T \ T P T W ，( )w (x)x ( X) 整理可以得到总的离散方程为: 2. 计算空间和时间步长 取空间步长为: h=L/N 网格Fourier数为： F。一^ —V (小于时稳定) x x 时间步长为： 3. 建立温度矩阵与边界条件 T=o nes(N+1,M+1) T(:,1)=Ti(初始条件温度都为0) T(1,:)=To(边界条件x=0处温度为1) T(N+1,:)=Te(边界条件x=L处温度为0) 4. 差分法求解温度 由离散方程可得到： 转化为相应的温度矩阵形式： 5. 输入界面 考虑到方程的变量，采用inputdlg函数设置5个输入变量，对这5个变量设置了默认值，如图1所示。在计算中可以改变不同的数值，得到不同的结果，特别注意稳定条件的临界值是。根据设置的默认值，得到的计算结果如图2所示。图1matlab变量输入界面 图2 默认值的计算结果 6. 结果分析根据上面的分析，给出了程序的输入界面，以及默认值状态下的数值解。可以通过改变不同的输入值，得到需要的分析结果，总结出了下面4 点结论： （1）取F o=，得到一维非稳态导热结果如下图所示 图2F。二时一维非稳态导热 从图中可以看出，对于长度L=1 的细杆，初始时刻t=0 时温度为0，边界条件 x=0时，T=1,边界条件x=1时，T=0。随着时间的增加，温度从x=0通过导热的形式传递到x=1，不同时刻不同位置杆的温度都不同，并且随着时间的增加，杆的温度也逐渐增加。 （2）取F o=，可以得到不同位置的温度响应曲线，如下图所示 图3F o=时不同X位置处的温度响应 图中红色曲线代表x=位置的温度瞬态响应，黑色曲线代表x=位置的温度瞬态响应，蓝色曲线代表X=位置的温度瞬态响应。从图中可以看出，随着X的增加，曲线与X 轴的交点值越大，温度开始传递到该位置的所需的时间越长。随着x 的增加，温度响应曲线的变化速率越慢，最终的达到的温度也越低。 （3）取F o=，得到不同位置的温度响应曲线如下图所示 图4F o=时不同X位置处的温度响应 图中三条曲线分别是X=，X=，x=位置的温度瞬态响应。与图3的F o=进行对比，两种情况下的F o值不同，F o值越大表明热扩散系数的值越大。从图中可以 看出热扩散系数对于导热的影响，尸0=时，与F o=相比较，各位置开始响应时所需的时间较长，而且各位置响应曲线的变化速率较小，最终的达到的温度也较低，说明了热扩散系数越小，热传导越慢，传递效率越低。 （4）取F o=，得到非稳定的数值解如图所示 图5F o二时一维非稳态导热 图6F o=时不同X位置处的温度响应 从图中可以看出，对于显示格式的离散方程，并不是所有的F o值都能得到有意义的解，必须要求F o＜时才能得到稳定的数值解，当F o＞时，会出现物理上不真实的解。 ××××××机动车检测有限公司 稳态工况法作业指导书 （一）检测目的 通过测量汽油车或装用点燃式发动机的汽车稳态工况下排气污染物浓度，比较真实的反应了机动车在正常使用的情况下所排放的污染物的情况。 （二）依据的标准 GB18285-2018 《汽油车污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》 （三）仪器设备及环境条件 机动车工况法排放检测设备ACCG-3，ACCG-10、ACCG-13 机动车排气分析仪MQW-50A 发动机转速计、OBD诊断仪、冷却装置 温度：0～40℃；相对湿度：小于等于90%；大气压力：80.0～110kPa；（四）检测前的准备工作 1、车辆准备 （1）车辆技术状况良好，没有影响安全等的机械故障，排放系统无泄漏，发动机、变速器、冷却系统无液体渗漏，轮胎符合相关要求。 （2）在受检车辆发动机上冷却液或安装机油温度传感器 （3）关闭空调、暖风等装置，关闭牵引力控制装置（如有） （4）对受检车辆进行预热 预热前提：测试前待检车辆等候时间超过20分钟或熄火时间超过5分钟预热方法（二选一）： ①车辆在无负荷，发动机在2500r/min转速的状态下，连续运转240s。 ②车辆在测功机上，按照ASW5025工况，连续运行60s。 （5）车辆变速器档位选择 ①手动变速器用二挡，当二挡不能满足要求时用三挡。 要求：二挡的最高车速低于45km/h ②自动变速器用D挡进行测试。 （6）车辆驱动轮置于滚筒上，驱动轮胎应干燥防滑，车辆横向稳定 （7）车辆应限位良好，对前轮驱动的汽车，测试前应使用驻车制动。 （8）测试过程中，不得对车辆进行制动。 2、设备准备 （1）对排气分析仪进行预热。 （2）每天开始检测前，对排气分析仪进行泄露检查，检查通过后进行检测。 （3）每24h对排气分析仪进行一次低量程标准气体检查，检查不通过，应使用高浓度标准气体进行标定，然后使用低浓度标准气体进行检查，直到满足要求为止。 （4）每天开机前或停机后，或车速低于20km/h的时间超过30min,或停机后再次开机，测试前应对测功机进行预热。 （5）根据试验记录的车辆参数，测功机应能自动选择试验工况的加载功率（6）测试开始前，设备应自动记录环境温度、相对湿度和环境大气压力。 （7）测试过程中，任何时刻，如果CO和CO2浓度之和小于6%，或发动机在任何时刻熄火，终止测试（混合动力车辆测试除外），排放测试结果无效。（五）检测过程 1、车辆驱动轮位于测功机滚筒上，将分析仪取样探头插入排气管中，深度为不少于400mm，并固定于排气管上，对于独立工作的多排气管应同时取样。 2、ASM5025：经预热后的车辆加速至25.0km/h，测功机以车辆速度25.0km/h，测功机根据车辆基准质量自动加载，驾驶员驾驶车辆保持在25.0km/h±2.0km/h 范围内等速运转，维持5s后，系统自动开始计时t=0s。如果底盘测功机的速度或者扭矩连续2s或者累计超过5s，超出了速度或者扭矩允许波动范围，工况计时器置0，重新开始计时。ASM5025工况时间不应该超过90s（t=90s），ASM5025整个测试工况，最大时长不能超过145s。 ASM5025工况计时开始10s后（t=10s），进入快速检查工况，排气分析仪开始采样，每秒测量一次，并根据稀释修正系数及湿度修正系数计算10s内的排放平均值，运行10s后，ASM5025快速检查工况结束，进行快速检查判定，ASM5025测试期间，快速检查工况只能进行一次。如果被检车辆没有通过快速检查，则车辆继续进行测试，期间车速应控制在25.0km/h±2.0km/h内。 在0到90秒的测试过程中，如果任意连续10s内第1秒～第10秒的车速变化相对于第1秒小于±1.0km/h，则测试结果有效。快速检查工况10s内的排放平均 第三章 非稳态导热分析解法 1、 重点内容：① 非稳态导热的基本概念及特点； ② 集总参数法的基本原理及应用； ③一维及二维非稳态导热问题。 2、掌握内容：① 确定瞬时温度场的方法； ② 确定在一时间间隔内物体所传导热量的计算方法。 3、了解内容：无限大物体非稳态导热的基本特点。 许多工程问题需要确定：物体内部温度场随时间的变化，或确定其内部温度达某一极限值所需的时间。如：机器启动、变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏。因此，应确定其内部的瞬时温度场。钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素；金属在加热炉内加热时，要确定它在炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。 §3—1 非稳态导热的基本概念 一、非稳态导热 1、定义：物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 2、分类：根据物体内温度随时间而变化的特征不同分： 1）物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定值，即：const t =↑τ 2）物体的温度随时间而作周期性变化 1）物体的温度随时间而趋于恒定值 如图3-1所示，设一平壁，初值温度t 0，令其左侧的 表面温度突然升高到1t 并保持不变，而右侧仍与温度为 0t 的空气接触，试分析物体的温度场的变化过程。 首先，物体与高温表面靠近部分的温度很快上升， 而其余部分仍保持原来的t 0 。 如图中曲线HBD ，随时间的推移，由于物体导热温 度变化波及范围扩大，到某一时间后，右侧表面温度也 逐渐升高，如图中曲线HCD 、HE 、HF 。 最后，当时间达到一定值后，温度分布保持恒定， 如图中曲线HG （若λ=const ，则HG 是直线）。 由此可见，上述非稳态导热过程中，存在着右侧面 参与换热与不参与换热的两个不同阶段。 （1）第一阶段（右侧面不参与换热） 温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，即：在此阶段物体温度分布受t 分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段。 （2）第二阶段，（右侧面参与换热） 当右侧面参与换热以后，物体中的温度分布不受to 影响，主要取决于边界条件及物性，此时，非稳态导热过程进入到正规状况阶段。正规状况阶段的温度变化规律是本章讨论的重点。 DB44 在用点燃式发动机汽车排气污染物排放限值 及测量方法（稳态工况法） Limits and measurement methods for exhaust pollutants from in-use vehicles equiped ignition engine （Under Steady-State Loaded mode） （发布稿） 本电子版为发布稿。请以正式出版标准文本为准。 2008-11-28发布2009-06-01实施 广东省环境保护局 发布 广东省质量技术监督局 DB44/592-2009 目次 目次.............................................................................. I 前言............................................................................. II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 4 排气污染物排放限值 (2) 5 测量方法 (3) 6 单一燃料车和两用燃料车 (3) 7 测量结果判定 (3) 8 标准的实施 (3) 附录A（规范性附录)稳态工况法测量方法 (4) I DB 44/592—2009 II 前言 为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，控制在用汽车污染 物排放，改善广东省的环境空气质量，根据《中华人民共和国大气污染防治法》第七条的规定，制定本标准。 本标准规定了在用点燃式发动机轻型汽车稳态工况法排气污染物的排放限值和测量方法，适用于在用点燃式发动机轻型汽车的排气污染物检测。本标准的技术内容是根据GB 18285-2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》进行制定的，并参考了北京市地方标准DB 11/122-2006 《在用汽油车稳态加载污染物排放限值及测量方法》以及美国EPA-AA-RSPD-IM-96-2(1996年)技术指南，和美国加州BAR 97（2002年版）法规中有关加速模拟工况（ASM）的相关技术内容。 排放限值是按照HJ/T 240-2005《确定点燃式发动机在用汽车简易工况法排气污染物排放限值的原则和方法》，并结合广东省车辆排放状况和大气污染控制目标制定的，排放限值在标准实施后，将定期根据实测数据进行调整。 本标准为首次制订。 本标准的附录A为本标准的规范性附录。 本标准由广东省环境保护局提出。 本标准起草单位：华南理工大学、北京理工大学 本标准主要起草人：洪家龙葛蕴珊姜红石 本标准由广东省环境保护局负责解释。 【最新整理，下载后即可编辑】 第三章 思考题 1. 试说明集中参数法的物理概念及数学处理的特点 答：当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力。而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数， 数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程、大大降低了求解难度。 2. 在用热电偶测定气流的非稳态温度场时,怎么才能改善热电偶的温度响应特性? 答：要改善热电偶的温度响应特性，即最大限度降低热电偶的时间常数 hA cv c ρτ= ,形状 上要降低体面比，要选择热容小的材料，要强化热电偶表面的对流换热。 3. 试说明”无限大平板”物理概念,并举出一二个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题 答；所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度，从边缘交换的热量可以忽略 不计，当平板两侧换热均匀时，热量只垂直于板面方向流动。如薄板两侧均匀加热或冷却、 炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。 4.什么叫非稳态导热的正规状态或充分发展阶段?这一阶段在物 理过程及数学处理上都有些什么特点? 答：非稳态导热过程进行到一定程度,初始温度分布的影响就会消失，虽然各点温度仍 随时间变化,但过余温度的比值已与时间无关，只是几何位置(δ/x)和边界条件(Bi数) 的函数，亦即无量纲温度分布不变，这一阶段称为正规状况阶段或充分发展阶段。这一阶段的数学处理十分便利，温度分布计算只需取无穷级数的首项进行计算。 5.有人认为,当非稳态导热过程经历时间很长时,采用图3-7记算 所得的结果是错误的.理由是：这个图表明,物体中各点的过余温度的比值与几何位置及Bi有关,而与时间无关.但当时间趋于无限大时,物体中各点的温度应趋近流体温度,所以两者是有矛盾的。你是否同意这种看法,说明你的理由。 答：我不同意这种看法，因为随着时间的推移，虽然物体中各点过余温度的比值不变 但各点温度的绝对值在无限接近。这与物体中各点温度趋近流体温度的事实并不矛盾。 6.试说明Bi数的物理意义。o Bi→及∞ Bi各代表什么样的换热 → 条件?有人认为, ∞ → Bi代表了绝热工况,你是否赞同这一观点,为什么? 传热学C 程序源 二维稳态导热的数值计算 2.1物理问题 一矩形区域，其边长L=W=1，假设区域内无内热源，导热系数为常数，三个边温度为T1=0，一个边温度为T2=1，求该矩形区域内的温度分布。 2.2 数学描述 对上述问题的微分方程及其边界条件为：2222T T 0x y ??+=?? x=0，T=T 1=0 x=1，T=T 1=0 y=0，T=T 1=0 y=1，T=T 2=1 该问题的解析解：112121(1)sin n n n sh y T T n L x n T T n L sh W L ππππ∞=??? ?---????=? ?-????? ??? ∑ 2.3数值离散 2.3.1区域离散 区域离散x 方向总节点数为N ，y 方向总节点数为M ，区域内任一节点用I,j 表示。 2.3.2方程的离散 对于图中所有的内部节点方程可写为：2222,,0i j i j t t x y ??????+= ? ??????? 用I,j 节点的二阶中心差分代替上式中的二阶导数，得： +1,,-1,,+1,,-1222+2+0i j i j i j i j i j i j T T T T T T x y --+= 上式整理成迭代形式：()()22 ,1,-1,,1,-12222+2() 2()i j i j i j i j i j y x T T T T T x y x y ++=++++ (i=2,3……,N-1)，(j=2,3……,M-1) 补充四个边界上的第一类边界条件得：1,1j T T = (j=1,2,3……,M) ,1N j T T = (j=1,2,3……,M) ,1i j T T = (i=1,2,3……,N) GB3847-2017 柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速法及加载减速法）GB18258-2018 汽油车污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法） 培训考核试题 姓名：岗位：日期：评价： 一、填空题 1、GB3847-2018 柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速法及加载减速法）和GB18258-2018 汽油车污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）于2019年5月1日实施。 2、轻型汽车是指最大设计总质量不超过3500 kg 的M1类、M2类和N1类汽车；重型汽车是指最大设计总质量超过3500 kg 的载货汽车。 3、汽车排放检验包括：新生产汽车下线检验、注册登记检验、在用汽车排放检验、监督抽查等。 4、GB18258-2018中将轻型汽车的高怠速转速规定为2500±200 r/min ,重型车的高怠速转速规定为1800±200 r/min，如不适用的，按照制造厂家技术文件中规定的高怠速转速。 5、机动车环保信息随车清单应包括：车辆满足排放标准和阶段的声明、车辆基本信息、环保检验信息以及污染控制装置信息等内容。 6、在用汽车车载诊断系统（OBD）检验项目包括：故障指示器状态、诊断仪实际读取的故障指示器状态、故障代码、MIL灯点亮后行驶里程、MIL灯点亮后诊断就绪状态值。 7、GB18258-2018标准中规定双怠速法的高怠速转速允差为±200 r/min ，发动机在高怠速转速工况时其λ值应在1±0.05 或厂家规定的范围。 8、GB18258-2018 规定：注册登记、在用汽车OBD检查自2019年5月1日起仅检查并报告，自2019年11月1日起正式实施。 9、GB18258-2018规定：2011年7月1日以后生产的轻型汽车，以及2013年7月1日以后生产的重型汽车，如果OBD检查不合格，也判定排放检验结果不合格。 10、GB3847-2018规定：对2018年1月1日以后生产车辆，如果OBD检查不合格，也判定排放检验结果不合格。 稳态工况法操作规程 —————————————————————— 1. 发动机进气系统应装有空气滤清器，排气系统应装有排气消声器， 外观及发动机排放控制装置检查合格后由引车员低于5公里/小时按测功机规定方向驾驶到转鼓中央位置； 2. 关闭解除主动型制动功能和扭矩控制功能（ESP等），如无法关闭 和解除，和全时四驱车一样，应使用双怠速法进行检测； 2. 对废气分析仪及取样管路进行校准调零和气体泄漏检查，排气管 长度小于测量深度时应使用排气加长管，且发动机机油温度不低于80℃，或达到汽车使用说明说规定的热车状态； 3. 禁止除工作人员以外的人员靠近待检车辆； 4. 按照显示器提示，举升器落下前驱车后轮轮胎前放上三角挡块,后 驱车前轮前放上三角挡块，测功机上装好限位器，将取样探头插入排气管中深度不少于400mm。 1） ASM5025工况：加速至25公里/小时，工况计时器开始计时(t=0s),保持车速25公里/小时±1.5公里/小时等速5s后开始检测，（t=15s）进入“ASM5025”工况，否则系统将重新计时，（t=25s）快速检查工况结束，低于等于限值的50%测试合格结束，否则将检 测至90s，高于限值测试不合格，测试结束，否则应继续进行“ASM2540”工况； 2）ASM2540工况：先加速到40公里/小时，工况计时器开始计时(t=0s)，保持车速40公里/小时±1.5公里/小时等速5s后开始检测，（t=15s）进入“ASM2540”工况，否则系统将重新计时，（t=25s）快速检查工况结束，低于等于限值的50%测试合格结束，否则将检测至90s，测试结束； 3）待分析仪反吹后将取样探头、三角挡块、限位器归位； (注：检测过程中CO与C02浓度之和小于6%,或发动机在任何时间熄火，应终止试验，排放测量无效；严禁使用倒挡和刹车，自动挡车辆禁止在测功机和车辆运行过程中挂停车（P）档。) 5. 举升器升起后车辆驶离测功机，检测结束。 重庆顺通汽车检测有限公司 ASM稳态工况法测试操作手册 1、操作员操作步骤 1)开启环保控制机柜电源，变频柜电源、废气分析仪电源和司机柱电 源启动电脑系统。 2)等待废气分析仪预热30分钟，如图： 3)预热完毕废气分析仪进入检漏状态，需要用橡胶帽堵死采样探头， 仪器进入检漏状态，如图： 4)泄露检测通过，仪器会自动进入调零状态，调零完毕，仪器进入正 常待检工作状态 5)电脑进入系统后双击桌面图标程序开启环保检测程序。如下 图： 6)用户需输入正确的用户名和密码，方可进入检测系统。登录界面有 两个选项，每天开机后第一次登录系统时，请选择”F1 登录系统并设备自检”，进入系统预热自检界面。如图： 7)程序进入设备预热时间，“正常进入”按钮变成蓝色，点击进入程 序，如下图： 8)选择“F11”按钮，程序进入联网自动测试状态，程序界面左上角 弹出待检车辆窗口。如图： 9)在待检窗口选择上线的车辆，选择引车员和操作员点击上线按钮， 开始车辆检测，引车员将车辆行驶上台体，车辆到位后举升器自动下降，工作人员将三角木、挡轮和拉带安装到位，做好安全保障工作。如果是汽油车检测，五气仪自动完成清零、HC残留检查、收集环境信息等一系列的准备工作。界面如图： 10)废气准备完毕，按要求把废气探头插入车辆尾气管40cm深，进入 asm检测，如图： 11)检测完毕时取出尾气探头，废气分析仪会进入反吹状态，把测试过 程中取样管中的多余尾气除去。如图： 12)取掉车辆拉带、三角木和挡轮，车辆驶出台体。 13)再次检测车辆时重复9-12步骤。 14)检测结束时，关闭电脑依次关闭变频柜电源、尾气电源和司机柱电 源。 15)把台体举升器降下去，清洁台体。 2、引车员操作步骤 1)先熟悉被测车辆的操作方法及基本性能。 2)检查车辆轮胎清洁，不容许轮胎花纹中夹有石粒，轮胎气压要符合 上线标准。 3)司机柱提示“xxxxxx环境空气采样-请到位”，车辆做好驶入检测台 准备。 4)司机柱提示“xxxxxx废气仪准备完毕-请到位”，车辆驱动轮驶到台 体举升器上，直到司机柱提示“xxxxxx废气仪准备完毕-停止”， 车辆档位挂空档，松油门踩刹车。如图： 填空 汽车总体构造差异很大，但基本结构都由发动机、底盘、车身和电器和电子设备四部分组成。 根据GB/T3730.1-2001按用途分类，汽车可分为乘用车和商用车两大类。 汽车的身份证指的是车辆识别代号VIN,由17位字符组成。 对于汽油机而言，空燃比为14.7的可燃混合气称为理论混合气。 5.燃气汽车是指用压缩天然气（CNG）、液化石油气（LNG）作为燃料的汽车。 6.对于不同的燃料，其理论空燃比数值是不同的。 高怠速工况时指用油门踏板将发动机转速稳定控制在50%额定转速。 轻型汽车是指最大总质量不超过3500kg的车辆。 汽油车燃油供给方式分为化油器式和电喷式。 10.汽车基本技术参数包括动力性参数、经济性参数、质量参数和外廓尺寸。 11.国产汽车的型号应能表明汽车的厂牌、类型和主要特征参数。 车辆识别码可划分为三个部分，分别是制造厂识别代码、车辆说明部分和车辆指示部分。 汽车排放污染物有三种评定指标，分别是浓度排放量、质量排放量和比排放量。 汽油车排放污染物的检测指标有：HC、CO、NO和过量空气系数。 柴油车排放污染物的检测指标有：波许烟度值、光吸收系数、格林曼烟度。 16.滤纸烟度计测量波许烟度值，单位是FSN,通常用Rb表示。 17.不透光计测量光吸收系数，通常用m -1 表示。 18.目测法测量格林曼烟度，其烟度通常分为0-5级。 《青岛市机动车排气污染防治条例》是2007年10月19日经青岛市第十三届人民代表大会常务委 《青岛市机动车排气污染防治条例》于2008年3月1日正是实施。 《青岛市机动车排气污染防治条例》适用于本市等级的在用机动车以及在本市行政区域内行驶的外地号牌机动车的排气污染防治。 22.机动车所有人和使用人应当保证机动车排气符合规定的排放标准。 23.对在本市等级和外地委托本市待检的机动车实行排气检测维修制度。 24.在用机动车排气检测不合格的，由具有相应资质的维修治理企业维修，并在规定期限内进行排气复检。 25.机动车排气定期检测应当与安全技术定期检验同步进行。 26.机动车所有人和使用人不得拆除、闲置在用机动车排气污染控制装置。 第三章非稳态导热分析解法 本章主要要求： １、重点内容：①非稳态导热的基本概念及特点； ②集总参数法的基本原理及使用； ③一维及二维非稳态导热问题。 2 、掌握内容：①确定瞬时温度场的方法； ②确定在一时间间隔内物体所传导热量的计算方法。 3 、了解内容：无限大物体非稳态导热的基本特点。 许多工程问题需要确定：物体内部温度场随时间的变化，或确定其内部温度达某一极限值所需的时间。如：机器启动、变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏。因此，应确定其内部的瞬时温度场。钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素；金属在加热炉内加热时，要确定它在炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。 §3—1 非稳态导热的基本概念 一、非稳态导热 1 、定义：物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 2 、分类：根据物体内温度随时间而变化的特征不同分： 1 ）物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定值，即： 2 ）物体的温度随时间而作周期性变化 如图 3-1 所示，设一平壁，初值温度 t 0 ，令其左侧的表面温 度突然升高到 并保持不变，而右侧仍和温度为 的空气接触，试分 析物体的温度场的变化过程。 首先，物体和高温表面靠近部分的温度很快上升，而其余部分仍 保持原来的 t 0 。 如图中曲线 HBD ，随时间的推移，由于物体导热温度变化波及范 围扩大，到某一时间后，右侧表面温度也逐渐升高，如图中曲线 HCD 、 HE 、 HF 。 最后，当时间达到一定值后，温度分布保持恒定，如图中曲线 HG （若λ=const ，则 HG 是直线）。 由此可见，上述非稳态导热过程中，存在着右侧面参和换热和不参 和换热的两个不同阶段。 （ 1 ）第一阶段（右侧面不参和换热） 温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，即：在此阶段物体温度分布受 t 分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段。 （ 2 ）第二阶段，（右侧面参和换热） 当右侧面参和换热以后，物体中的温度分布不受 to 影响，主要取决于边界条件及物性，此时，非稳态导热过程进入到正规状况阶段。正规状况阶段的温度变化规律是本章讨论的重点。 2 ）二类非稳态导热的区别：前者存在着有区别的两个不同阶段，而后者不存在。 3 、特点； 非稳态导热过程中，在和热流量方向相垂直的不同截面上热流量不相等，这是非稳态导热区别于稳态导热的一个特点。 原因：由于在热量传递的路径上，物体各处温度的变化要积聚或消耗能量，所以，在热流量传递的方向上。 二、非稳态导热的数学模型 1 、数学模型 非稳态导热问题的求解规定的 { 初始条件，边界条件 } 下，求解导热微分方程。 2 、讨论物体处于恒温介质中的第三类边界条件问题 在第三类边界条件下，确定非稳态导热物体中的温度变化特征和边界条件参数的关系。 已知：平板厚 2 、初温 to 、表面传热系数 h 、平板导热系数，将 其突然置于温度为的流体中冷却。 试分析在以下三种情况：<<1/h 、>>1/h 、=1/h 时，平板中温度场 的变化。 1 ） 1/h<< 因为 1/h 可忽略，当平板突然被冷却时，其表面温度就被冷却到，随着时 第三章 非稳态导热习题 例一腾空置于室内地板上的平板电热器，加在其上的电功率以对流换热和辐射换热的方式全部损失于室内。电热器表面和周围空气的平均对流换热系数为h ，且为常数，室内的空气温度和四壁、天花板及地板的温度相同，均为t f 。电热器假定为均质的固体，密度为ρ，比热为c ，体积为V , 表面积为A ，表面假定为黑体，因其导热系数足够大，内部温度均布。通电时其温度为t 0。试写出该电热器断电后温度随时间变化的数学描述。 [解] 根据题意，电热器内部温度均布，因此可用集中参数分析法处理。 电热器以辐射换热方式散失的热量为： 44r f ()A T T σΦ=- （1） 以对流换热方式的热量为： c f ()hA T T Φ=- （2） 电热器断电后无内热源，根据能量守恒定律，散失的热量应等于电热器能量的减少。若只考虑电热器的热力学能 ( r c d d T cV ρτ -Φ-Φ= （3） 因此，相应的微分方程式为： 44f f d ()()d T A T T hA T T cV σρτ -+-=- （4） 初始条件为： τ=0， t =t 0 （5） 上述两式即为该电热器断电后温度随时间变化的数学描述。 例 电路中所用的保险丝因其导热系数很大而直径很小可视为温度均布的细长圆柱体，电流的热效应可视为均匀的内热源。如果仅考虑由于对流换热的散热量，保险丝表面和温度为t f 的周围空气之间的平均对流换热系数为h ，且为常数。试求该保险丝通电后温度随时间的变化规律。 [解] 根据题意，保险丝内部温度均布，因此可用集中参数分析法处理。 保险丝表面以对流换热方式散失的热量为： * c f ()hA T T Φ=- （1） 保险丝的内热源为： Q 0=IR 2 （2） 式中：I ——保险丝通过的电流，（A ）； R ——保险丝的电阻，Ω。 根据能量守恒，散失的热量与内热源所转变成的热量的和应等于保险丝能量的变化。若只考虑保险丝的热力学能 二维稳态导热的数值计算 2.1物理问题 一矩形区域，其边长L=W=1，假设区域内无内热源，导热系数为常数，三个边温度为T1=0，一个边温度为T2=1，求该矩形区域内的温度分布。 2.2 数学描述 对上述问题的微分方程及其边界条件为：2222T T 0x y ??+=?? x=0，T=T 1=0 x=1，T=T 1=0 y=0，T=T 1=0 y=1，T=T 2=1 该问题的解析解：112121(1)sin n n n sh y T T n L x n T T n L sh W L ππππ∞=??? ?---??? ?=? ?-????? ??? ∑ 2.3数值离散 2.3.1区域离散 区域离散x 方向总节点数为N ，y 方向总节点数为M ，区域内任一节点用I,j 表示。 2.3.2方程的离散 对于图中所有的内部节点方程可写为：2222,,0i j i j t t x y ??????+= ? ??????? 用I,j 节点的二阶中心差分代替上式中的二阶导数，得： +1,,-1,,+1,,-1222+2+0i j i j i j i j i j i j T T T T T T x y --+= 上式整理成迭代形式：()()22 ,1,-1,,1,-12222+2() 2()i j i j i j i j i j y x T T T T T x y x y ++=++++ (i=2,3……,N-1)，(j=2,3……,M-1) 补充四个边界上的第一类边界条件得：1,1j T T = (j=1,2,3……,M) ,1N j T T = (j=1,2,3……,M) ,1i j T T = (i=1,2,3……,N) 题目 一厚度为0.1m的无限大平壁，两侧均为对流换热边界条件，初始时两侧流体温度与壁内温度一致，t f1=t f2=t0=5℃；已知两侧对流换热系数分别为h1=11 W/m2K、h2=23W/m2K, 壁材料的导热系数 =0.43W/mK，导温系数a=0.3437×10-6 m2/s。如果一侧的环境温度t f1突然升高为50℃并维持不变，计算在其它参数不变的条件下，平壁内温度分布及两侧壁面热流密度随时间的变化规律（用图形表示）。 问题分析 此题为两侧受恒温流体作用,并求其从非稳态传热过程温度场到接近稳态传热的温度场,并算出其热流密度随时间的变化规律。 解法 建立离散方程及求解 将平板分割成如下网格：共计10个网格，11个节点，以恒温流体1处为节点1，恒温流体2处为节点11。 列写节点方程，边界条件皆为恒温流体传热，初始条件为5摄氏度。以此对每个单独时刻进行求解，解出该时刻各节点的温度，并在此解的基础上进一步解出之后各时段的温度解，进行迭代计算，直到满足时间要求为止。 非稳态传热计数器 计算过程使用Excel实现，具体做法是利用Excel进行解方程，并求出温度解。因使用10个网格，故方程类型为10元1次方程组，也就是说每个时刻都有10个方程必须联立求解，使用Excel的行列式计算能很容易地用克拉姆方法解出该方程。之后用该组温度解进行下一次迭代运算，如此反复，直到满足题设要求。 具体的温度求解请查阅非稳态传热计算器.xlsx 文件，为了要求计算器的整洁美观，繁琐的计算过程使用Hide功能隐藏，若需查阅解除Hide指令即可。 使用计算器时仅需输入相关系数，并输入合适的时间步长即可，计算器将按给定的参数计算出平板在之后各个时刻各节点上的温度值。 计算器将列出各节点的温度值随时间变化的计算表格，同时输出三种图形：平板内各节点温度随时间变化规律，平板内各节点温度在某一时刻的变化规律及平板壁面热流密度随时间变化规律。05第五节-稳态工况法复习课程
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