【问题的提出】近年来北方城镇建筑物的窗户有些是三层的,即窗户上装三层玻璃,且中间留有一定空隙。他与两层玻璃窗相比,其保温效果如何呢 ?本文通过模型来描述热量通过窗户的传导过程,并将三层玻璃窗与两层玻璃窗的热量传导进行对比,对三层玻璃窗能减少多少热量损失给出定量分析结果。
【关键字】三层玻璃窗 量损失
【模型假设】
1、热量的传递过程只有传导,没有对流,即假定窗户的密封性能很好,三层玻璃之间的空气是不流动的。
2、室内温度与室外温度保持不变,热传导过程已处于稳定状态,即沿热传导方向,单位时间通过单位面积的热量是常数。
3、室内温度
【符号说明】
单位时间单位面积双层玻璃窗传导的热量 | |
单位时间单位面积三层玻璃窗传导的热量 | |
室内温度 | |
室外温度 | |
d | 玻璃厚度 |
l | 夹层空气的厚度 |
内层玻璃窗的外侧温度 | |
中层玻璃窗的内侧温度 | |
中层玻璃窗的外侧温度 | |
外层玻璃窗的内侧温度 | |
玻璃窗的热传导系数 | |
空气的热传导系数 | |
【模型的建立与求解】
在本文假设中,热传导过程应满足如下的物理定律:
厚度为
其中
对于厚度为
对于三层玻璃窗,设其内层玻璃的外侧温度为
由(3)式消去
将(4)式比上(2)式可得:
由于S大于0,显然,
在分析三层玻璃比双层玻璃可减少多少热量损失时,我们做最保守的估计,取
【模型反思】不难发现,虽然三层玻璃窗比双层玻璃窗节约热量50%左右,,但双层玻璃窗节约热量已经达到了97%,三层玻璃实际的节约热量比双层的没有多多少。而且三层玻璃窗的制作工艺更加复杂,会增加一些费用。从经济适用的角度分析,三层玻璃窗不如双层的适用。
【参考文献】数学建模(第四版)姜启源 谢金星 叶俊 编
题目:三层玻璃窗的功效
姓名:刘强
年级:2009
学号:20
本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/2a34e4842f3f5727a5e9856a561252d380eb209a.html
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