傳熱學(xué)-第三章

2023/2/51第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

Unsteady-StateConduction

非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中溫度場(chǎng)的變化規(guī)律及換熱量的分析求解方法。包括：2.

一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析解法；

Analyticalsolutionof

one-dimensionaltransientconduction

非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的集中參數(shù)分析法；

Lumped-heat-capacitymethodofunsteady-stateconduction3.

半無(wú)限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。

Unsteady-stateconductionofsemi-infinitesolids主要內(nèi)容：2023/2/52§3.1基本概念一、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的類(lèi)型（1）瞬態(tài)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱t(yī)ransientunsteady-stateconduction

（2）周期性非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱periodicunsteady-stateconduction二、瞬態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程的特點(diǎn)（1）非正規(guī)狀況階段Informalstatestage

（2）正規(guī)狀況階段

Regularstatusstage

物體內(nèi)初始溫度分布消失，溫度分布主要取決于邊界條件及物性，各點(diǎn)的溫度變化具有一定的規(guī)律。溫度分布主要受初始溫度分布控制2023/2/53

三、溫度分布temperaturedistribution非正規(guī)狀況階段（起始階段）

HB,HCNon-regularregime正規(guī)狀況階段HE,HF,HGRegularregime新的穩(wěn)態(tài)※導(dǎo)熱過(guò)程的階段2023/2/54§3.2

集中參數(shù)法

Lumped-heat-capacitymethod

一、集中參數(shù)法使用條件條件一：物體內(nèi)部溫度分布均勻uniformintemperature1.物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻2.特征長(zhǎng)度：※厚的大平板※半徑的長(zhǎng)圓柱※半徑的球體※半徑的長(zhǎng)圓柱2023/2/553.表面對(duì)流換熱熱阻convectionresistanceatthesurface4.畢渥數(shù)：條件二：物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻可忽略

Theinternalresistanceofthebodyisnegligible平板長(zhǎng)圓柱圓球條件三：Biotnumber2023/2/56三、溫度分布2023/2/57GeneralSolutionInitialcondition2023/2/58※時(shí)間常數(shù)timeconstant2023/2/59※2023/2/510※畢渥數(shù)與傅立葉數(shù)的物理意義無(wú)量綱熱阻無(wú)量綱時(shí)間Fo越大，熱擾動(dòng)就能越深入地傳播到物體內(nèi)部，因而，物體各點(diǎn)地溫度就越接近周?chē)橘|(zhì)的溫度。FouriernumberBiotnumberBiDimensionlessresistanceFoDimensionlesstime2023/2/511四、換熱量1.瞬間換熱量transientheattransferrate2.0~內(nèi)傳給流體的總熱量：Heattransferrate2023/2/512復(fù)習(xí)2.集中參數(shù)法1.集中參數(shù)法使用條件（1）物體內(nèi)部溫度分布均勻（2）物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻可忽略（3）2023/2/513廚師吹肉絲一廚師在炒雞肉絲時(shí)要品嘗一下咸淡，于是他從100℃的熱炒鍋中取出一雞肉絲，用口吹了一會(huì)，待其降至65℃時(shí)再放入口中。試估算廚師需要吹多長(zhǎng)時(shí)間？出鍋時(shí)雞肉絲可視為平均直徑為2mm的圓條，廚師口中吹出的氣流溫度為30℃，其與雞肉絲之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100W/(m2·K)。

雞肉絲2023/2/514解：2023/2/515§3.3

一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1-Dtransientconduction

2023/2/5162023/2/5172023/2/518※本征方程2023/2/519※※2023/2/520Midplanetemperatureforaninfiniteplateofthickness2δ※ApplicabilityoftheHeislerChartsMidplanetemperature2023/2/521※ApplicabilityoftheHeislerChartsTemperatureasafunctionofcentertemperatureinaninfiniteplateofthickness2δ2023/2/522※ApplicabilityoftheHeislerChartsTheslabtemperatureapproachesauniformvalue.Inthiscase,wewouldhavesolvedtheproblemwithfargreatereasebyusingasimplelumped-capacityheatbalance,sinceitisnolongeraheatconductionproblem.Inthiscase,theproblemcouldhavebeensolvedusingboundaryconditionsofthefirstkindbecausethesurfacetemperaturestaysverycloseto.2023/2/5232023/2/5242023/2/525主要內(nèi)容（maincontent）：2.半無(wú)限大物體在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中的溫度分布

(distributionoftemperatureinsemi-infinite

solidsintheunsteadyheattransfer)1.半無(wú)限大物體的定義

(definitionofsemi-infinitesolids)3.例題

(example)重點(diǎn)難點(diǎn)§3.4半無(wú)限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱2023/2/526

在一定的時(shí)間內(nèi)，邊界面處的溫度擾動(dòng)只能傳播到有限深度，在此深度以外，物體仍保持原有狀態(tài)（初始狀態(tài)）。被測(cè)介質(zhì)熱探針t1t2滿足半無(wú)限大物體要求tt1t22023/2/527（1）建立物理模型(PhysicalModel)（2）建立數(shù)學(xué)模型(MathematicalModel)（3）求通解(GeneralSolution)（4）建立定解條件(initialandboundarycondition)（5）求特解(SpecialSolution)（6）求解換熱量(Flowrateofheat）2023/2/528（1）建立物理模型(PhysicalModel)（2）建立數(shù)學(xué)模型(MathematicalModel)非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)擴(kuò)散項(xiàng)內(nèi)熱源項(xiàng)2023/2/529（3）求通解(GeneralSolution)？（4）建立定解條件(initialandboundarycondition)2023/2/530

高斯誤差函數(shù)

（5）求特解(SpecialSolution)2023/2/531※※熱邊界層

※惰性時(shí)間

當(dāng)時(shí)，2023/2/532（冰凍三尺非一日之寒）

設(shè)大地溫度為10oC，后受到冷空氣侵襲地表溫度降為-15oC并維持不變。確定這種條件下地下1m

處溫度降為0oC時(shí)所需時(shí)間？設(shè)土壤的物性為2023/2/533解：2023/2/534(6)熱流量的計(jì)算蓄熱系數(shù)

平方根定律吸熱系數(shù)2023/2/5352023/2/5361.一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱——分析法2.一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱——海斯勒?qǐng)D法復(fù)習(xí)3.半無(wú)限大物體在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中的溫度分布2023/2/537