傳熱學B-機械專業(yè)-2012-chapter 3.ppt

1、第三章 非穩(wěn)態(tài)導熱,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,3.2 集中參數法,3.3 總結,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（1）非穩(wěn)態(tài)導熱過程及其特點,供暖或停暖過程中墻內與室內空氣溫度,冶金、熱處理與熱加工中工件被加熱或冷卻,鍋爐、內燃機等裝置起動、停機、變工況,自然環(huán)境溫度,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（2）非穩(wěn)態(tài)導熱的分類,定義：物體的溫度隨時間而作周期性的變化,實例： 地球表面層的溫度隨季節(jié)的變化 墻壁、屋頂溫度的晝夜變化,定義：物體的溫度隨時間的推移逐漸趨近于恒定的值,實例： 熱處理 測溫,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導熱過程的溫度分布,簡單例子,初始時刻溫度恒定為t0,僅考慮

2、x方向的傳熱,左右兩側為空氣溫度為t0,導熱系數、對流換熱系數為定值,某時刻，平板左側表面溫度忽然升高為t1,平板中的溫度如何變化？,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導熱過程的溫度分布,溫度分布,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導熱過程的溫度分布,溫度分布,非正規(guī)狀況階段： 溫度分布顯現出部分為非穩(wěn)態(tài)導熱規(guī)律控制區(qū)和部分為初始溫度區(qū)的混合分布，即：在此階段物體溫度分布受t0分布的影響較大。 必須用無窮級數描述。,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導熱過程的溫度分布,溫度分布,正規(guī)狀況階段： 當右側面參與換熱以后，物體中的溫度分布不受 t0 影響，主要取決于邊界條件及物性。

3、 可以用初等函數描述。,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導熱過程的溫度分布,熱流量,1板左側導入的熱流量 2板右側導出的熱流量,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導熱過程的溫度分布,復合壁例子,初始時刻溫度恒定為t0,僅考慮x方向的傳熱,左右兩側為空氣溫度為t0,導熱系數、對流換熱系數為定值,某時刻，平板左側表面溫度忽然升高為t1,平板中的溫度如何變化？,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（4）非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程,單值性條件：確定唯一解的附加補充說明條件，包括四項：幾何、物理、初始、邊界,邊界條件： 第一類邊界條件 第二類邊界條件 第三類邊界條件,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（5）

4、第三類邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導熱,初始溫度為t0,某時刻，將平板忽然放入溫度為t的環(huán)境中冷卻,表面?zhèn)鳠嵯禂禐閔，平板的導熱系數為,平板中溫度如何分布？,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（5）第三類邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導熱,導熱熱阻遠大于對流換熱熱阻,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（5）第三類邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導熱,導熱熱阻遠小于對流換熱熱阻,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（5）第三類邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導熱,導熱熱阻與對流換熱熱阻相當,3.1 非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念,（5）第三類邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導熱,特征長度：指特征數定義式中的幾何尺度。,Bi數中特征長度為平板的半厚。,基本思想：將一些參數組合起來，使

5、之能表征一類物理現象，或物理過程的主要特征，并且沒有量綱。這種參數組合叫特征數（準則數）。,3.2 集中參數法,（1）基本思想,物體內部熱阻遠小于其表面換熱熱阻時，物體內部的溫度可以近似看作是均勻的。,物體的導熱系數很大,物體的幾何尺寸很小,表面?zhèn)鳠嵯禂禈O低,零維問題,3.2 集中參數法,（2）問題描述,3.2 集中參數法,（3）問題求解,導熱微分方程簡化：,邊界條件,3.2 集中參數法,（3）問題求解,內熱源：,將內熱源表達式代入微分方程：,3.2 集中參數法,（3）問題求解,引入過余溫度,3.2 集中參數法,（3）問題求解,分離 變量,3.2 集中參數法,（4）導熱量,根據溫度分布：,3.

6、2 集中參數法,（4）導熱量,某時間段內的導熱量：,3.2 集中參數法,（5）溫度分布公式的變化,3.2 集中參數法,（6） Fo數,（V/A）2/a：邊界上發(fā)生的熱擾動擴散到（V/A）2面積所需時間,Fo數表征非穩(wěn)態(tài)過程進行的深度,Fo越大，熱擾動就能越深入地傳播到物體內部，因而，物體各點的溫度就越接近周圍介質的溫度。,3.2 集中參數法,（7） 時間常數,單位：,3.2 集中參數法,（7） 時間常數,應用集中參數法時，物體過余溫度隨時間的變化關系是一條負自然指數曲線，或者無因次溫度的對數與時間的關系是一條負斜率直線,3.2 集中參數法,（7） 時間常數,物體的過余溫度已經達到了初始過余溫度的36.8%，該時間稱為時間常數,物體的熱容量,換熱條件,3.2 集中參數法,（8）集中參數法的應用,以V/A為特征長度的Bi數,常規(guī)Bi數,平板,圓柱,球,集中 參數 法特 定,物體中最大與最小的過余溫度之差小于5%，對于一般工程計算，可以認為整個物體溫度均勻。,3.2 集中參數法,對于球，,對流傳熱表面?zhèn)鳠嵯?/p>