[发明专利]一种求解简单物体非稳态导热问题的计算尺及其使用方法在审
申请号: | 202110482018.X | 申请日: | 2021-04-30 |
公开(公告)号: | CN113312929A | 公开(公告)日: | 2021-08-27 |
发明(设计)人: | 张奕 | 申请(专利权)人: | 南京师范大学 |
主分类号: | G06G1/06 | 分类号: | G06G1/06 |
代理公司: | 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 | 代理人: | 孙淑君 |
地址: | 210023 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 求解 简单 物体 稳态 导热 问题 计算尺 及其 使用方法 | ||
1.一种求解简单物体非稳态导热问题的计算尺,其特征在于,包括主尺(1)、辅尺(2)、第一滑尺(3)、第二滑尺(4)、第三滑尺(5)、第四滑尺(6)和游标(7);所述第一滑尺(3)、第二滑尺(4)、第三滑尺(5)、第四滑尺(6)依次设置于主尺(1)的上方,所述辅尺(2)位于所述主尺(1)、第一滑尺(3)、第二滑尺(4)、第三滑尺(5)、第四滑尺(6)的背面,所述游标(7)套在主尺(1)和辅尺(2)的尺身外面并能够平行滑动;所述主尺(1)、辅尺(2)、第一滑尺(3)、第二滑尺(4)、第三滑尺(5)、第四滑尺(6)分别刻印有数码;所述主尺(1)上标示有θ/θ0和C,所述辅尺(2)上标示有Bi、C和β数值,所述第一滑尺(3)上标示有β2Fo,所述第二滑尺(4)、第三滑尺(5)和第四滑尺(6)上标示有βη,其中θ0是导热体的初始温度,θ是导热体内某一点的温度,系数C和特征值β是由对流传热和物体导热决定的常数,毕渥数Bi是综合反映对流传热和物体导热的特征数,付里叶数Fo是综合反映非稳态导热进行程度的特征数,η是反映导热体内温度位置的特征数;所述简单物体为导热面积无限大的平板,轴向方向无限长的圆柱,以及球体。
2.根据权利要求1所述的计算尺,其特征在于:所述第一滑尺(3)、第二滑尺(4)、第三滑尺(5)、第四滑尺(6)均位于相应的滑槽内,并与滑槽滑动连接,所述滑槽的右端为封闭结构。
3.根据权利要求2所述的计算尺,其特征在于:所述计算尺所依据的求解简单物体非稳态导热问题的方程如下:
平板:ln(θ/θ0)=lnC-β2Fo+ln[cos(βη)]
圆柱:ln(θ/θ0)=lnC-β2Fo+ln[J0(βη)]
球:ln(θ/θ0)=lnC-β2Fo+ln[Sin(βη)/(βη)]
θ0是导热体的初始温度,为已知数;C和β可通过已知数Bi计算获得;θ是导热体内某一点的温度;Fo是导热时间;η是与温度θ对应的导热体内的位置;θ、Fo、和η中有二个是已知数,则另外一个可由上面的方程求解。
4.根据权利要求3所述的计算尺,其特征在于:所述辅尺(2)上标示有Bi、C和β数值,以已知的Bi数值为刻度,Bi数值的刻度为对数刻度,同时列出与Bi对应的平板、圆柱和球的C和β,Bi数值的刻度在0.1-100范围内。
5.根据权利要求4所述的计算尺,其特征在于:所述主尺(1)上标示有θ/θ0和C,θ/θ0和C的刻度为对数刻度,θ/θ0和C同时置于主尺,并且在数值1处相连接,θ/θ0的数值刻度在1的左侧,C的数值刻度在1的右侧,θ/θ0的刻度在0.04-1范围内,C的刻度在1-2范围内。
6.根据权利要求5所述的计算尺,其特征在于:所述第一滑尺(3)上标示有β2Fo,所述第一滑尺(3)的0刻度在最右端并与主尺(1)的最右端刻度对齐,β2Fo的刻度在0-3.9范围内。
7.根据权利要求6中的任一项所述的计算尺,其特征在于:所述第二滑尺(4)上标示有βη,所述第二滑尺(4)使用ln[cos(βη)]的绝对值进行刻度,所述第二滑尺(4)的0刻度在最右端并与主尺(1)的最右端刻度对齐,βη的刻度在0-1.55的范围内。
8.根据权利要求7所述的计算尺,其特征在于:所述第三滑尺(5)上标示有βη,所述第三滑尺(5)使用ln[J0(βη)]的绝对值进行刻度,所述第三滑尺(5)的0刻度在最右端并与主尺(1)的最右端刻度对齐,βη的刻度在0-2.36的范围内。
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