溫度分布

溫度分布是指在給定時間的空間某區域內溫度隨空間位置的變化。這是熱量傳遞中要解決的主要問題之一。在換熱器、反應器等化工設備中，由於兩流體存在溫差，或因反應具有熱效應，因而形成溫度分布。熱量僅以熱傳導方式傳遞時，溫度分布可由熱傳導方程解出，通常採用數值解方法。熱量以對流傳熱方式傳遞時，若已知速度分布，則溫度分布可通過能量方程求得。溫度分布一般可用解析法或圖示法表述。

基本介紹

• 中文名：溫度分布
• 外文名：temperature distribution
• 分類：自然科學與安全科學

概念解釋

熱量僅以熱傳導方式傳遞時，溫度分布可由熱傳導方程解出，通常採用數值解方法。熱量以對流傳熱方式傳遞時，若已知速度分布，則溫度分布可通過能量方程求得。此外，溫度分布也可由實驗測得。

表述方法

溫度分布一般可用解析法或圖示法表述：解析法。用某種函式表述在給定時刻溫度與空間位置的關係。例如，定態固定床反應器簡化為有均勻內熱源的圓柱體後，熱傳導時的徑向溫度分布可用下式表述：

溫度分布用於確定合理的工藝條件，例如根據催化劑床層中的最高溫度點確定反應條件。此外，還可用於計算熱量通量、傳熱分係數等。

混凝土箱梁溫度分布觀測

太陽輻射作用下，混凝土箱梁沿截面高度的溫度分布為非線性分布。對實測的溫度及相應溫差按最小二乘法進行回歸分析，提出了公路橋樑混凝土箱梁溫差計算模式：箱梁頂板上邊緣最大溫差值為20℃，向下至腹板按指數函式分布；而底板下邊緣最大溫差為1.5℃，並且在200mm高度內按直線變化。沿橋軸線方向不同位置和不同高度的箱梁混凝土溫度的觀測和研究結果表明，它們具有一致的溫度分布形式。

混凝土箱梁沿截面高度的溫差分布模式

通過對箱梁混凝土溫度實測數據的分析，可以看到箱梁頂板中心線處測點溫度變化規律較為明顯；箱梁各腹板在半梁高中間位置上的測點，在整個觀測周期內溫度值都比較穩定，且基本上都是同一時刻所有觀測值中的最低值；而對於底板混凝土，兩側的測點非常接近箱梁腹板的外側面，受到日照作用的影響，溫度值有一定波動，而布置在底板中心線上的測點，測得的溫度值比較穩定。因此，採用各箱梁頂板中心線沿板厚方向的3個測點、腹板測點和底板中心線沿板厚方向3個測點的實測溫度來研究混凝土箱梁沿截面高度的溫差分布模式。

將3個觀測日中上述箱梁混凝土測點的溫度實測數據分別整理分析，並且採用溫差(溫度梯度)表示，然後與國內外相關規範溫度梯度計算模式的計算值進行比較，初步判定混凝土箱梁沿截面高度的溫差分布形式。

沿橋樑縱向不同位置箱梁截面的溫差分布

箱梁2號觀測截面與箱梁3號觀測截面均在右幅箱樑上。2號截面箱梁高度為4.794m，3號截面箱梁高度為3.003m。2號截面與3號截面沿橋縱向間隔為121m。2000-07-23對布置溫度測點的3個觀測截面同時進行了全天的溫度觀測。

由2號截面和3號截面箱梁頂板 、腹板和底板對應測點處混凝土溫度隨觀測時間的變化曲線，以及2個觀測截面在13:00時沿箱梁高度方向上各測點混凝土溫度的分布可見，無論是2個截面對應位置測點的混凝土溫度隨觀測時間的變化，還是在某時刻沿截面高度溫度的分布都十分接近。

3號截面實測溫度值沿截面高度溫差分布與按前述的溫差計算模式得到的溫差分布比較。由此可見，截面沿高度實測溫差分布與前面對1號、2號截面實測數據分析擬合得出的溫差計算模式是十分吻合的。

2號和3號箱梁截面測點溫度以及3號箱梁截面實測溫差與預測值比較可見，雖然3號截面箱梁與2號截面箱梁在不同橋跨 、不同高度沿橋縱向相距較遠，但它們因日照作用而在箱梁沿高度方向產生的混凝土溫差分布具有相同的規律。

掘進巷道風流溫度分布規律的數值模擬

根據紊流狀態下的守恆原理，導出了描述掘進巷道風流紊流流動和溫度分布的微分方程。通過對礦內風流流動及熱力過程的理論分析及現場實測，系統地開展礦內風流流場和風流溫度場的分布規律及其耦合作用機理的理論分析與研究，並利用PHOEN ICS程式進行數值模擬，初步得出了礦井掘進巷道風流溫度與各種參數的變化規律。掘進巷道風流溫度隨風速提高呈負冪函式規律降低，隨入風流溫度升高而線性升高。

掘進巷道風流結構與溫度分布的數值模擬

數值計算的條件按現場實測條件選取，通過數值模擬，計算出掘進巷道的風流結構 、速度分布和溫度分布從計算結果可以看出：

(1)風流結構：在掘進工作面迎頭附近，風流結構最為複雜，由於風筒出口風流的射流作用，產生渦流區。整個掘進巷道內，風筒出口至迎頭的射程區域內反向風速最高。從迎頭中心至風筒30m處渦流邊緣風速較低，而巷壁另一側距迎頭20m區域風速較高，8m處風速達正向最高值。風速由迎頭向工作面後方迅速減小。距迎頭100m之外，風流比較穩定。

(2)溫度分布：巷道壁面溫度較高，風流與其進行劇烈的熱交換，風流溫度沿風流方向逐漸升高。掘進巷道同一斷面風流中，中間部分溫度低，靠近巷道壁處溫度較高，且溫度變化較大。迎頭風筒出風口附近因存在局部渦流而產生局部高溫區。可見，高風速區溫度較低，風流結構複雜的渦流區溫度較高，且變化劇烈，風速是影響溫度分布的主要因素。

溫度影響因素對溫度分布影響規律的數值模擬

按上述計算條件，分別改變掘進巷道的風量 、入風流溫度等參數，進行數值模擬。

(1)掘進巷道溫度隨風流速度變化規律。其他條件不變，取風流速度分別為0.25m/s、0.5m/s、0.75m/s和1.0m/s，進行工作面溫度分布的數值模擬。計算出隨著風速增加，掘進巷道風流溫度隨風速的增加而逐漸降低，高溫點的溫度隨風速呈負冪函式規律變化。可見，高溫礦井的掘進工作面，提高風速可以降低工作面溫度，改善工作面 氣候狀況。適當提高風速是掘進巷道降溫的有效措施，應優先考慮。但風速過大，降溫效果變得越來越不明顯，並將產生通風阻力過大，以及不經濟的問題。

(2)掘進巷道溫度隨入風流溫度變化規律。其他條件不變，取入風流溫度分別為20℃、21℃、22℃、23℃和 24℃進行計算。計算出隨著入風流溫度的升高，掘進巷道高溫區的溫度均升高。巷道風流溫度與入風流溫度的變化關係呈線性關係。降低入風流溫度是降低工作面溫度的有效措施。但降低入風流溫度，必須採取機械制 冷措施。只能當工作面溫度太高，增加風量解決不了降溫時，才可考慮空調製冷降溫。