热工学基础 教学课件 作者 刘春泽第十一章.ppt

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1、11.1非稳态导热的基本概念1非稳态导热的定义物体的温度随时间变化的导热过程。2非稳态导热的特点物体的温度随时间不断地发生变化。着重讨论瞬态非稳态导热3温度分布：4两个不同的阶段非正规状况阶段(不规则情况阶段)正规状况阶段(正常情况阶段)温度分布主要取决于边界条件及物性温度分布主要受初始温度分布控制非正规状况阶段（起始阶段）、正规状况阶段、新的稳态导热过程的三个阶段5热量变化Φ1－－板左侧导入的热流量Φ2－－板右侧导出的热流量确定导热体内的温度分布是导热理论的首要任务傅里叶定律：确定热流密度的大小，应知道物体内的温度场:理论基础：傅里

2、叶定律+热力学第一定律假设：(1)所研究的物体是各向同性的连续介质(2)热导率、比热容和密度均为已知(3)物体内具有内热源；强度qv[W/m3];内热源均匀分布；qv表示单位体积的导热体在单位时间内放出的热量1、导热微分方程11.2导热微分方程在导热体中取一微元体热力学第一定律：d时间内微元体中：[导入与导出微元体净热量]+[微元体内热源发热量]=[微元体内能的增加]★导入与导出微元体净热量d时间内、沿x轴方向、经x表面导入的热量：d时间内、沿x轴方向、经x+dx表面导出的热量：d时间内、沿x轴方向导入与导出微元体净热量：d

3、时间内、沿z轴方向导入与导出微元体净热量：d时间内、沿y轴方向导入与导出微元体净热量：[导入与导出净热量]:傅里叶定律：★微元体内热源发热量d时间内微元体中内热源的发热量：★微元体内能的增加d时间内微元体中热力学能的增量：由[1]+[2]=[3]：导热微分方程式、导热过程的能量方程若物性参数、c和均为常数：热扩散率反映了导热过程中材料的导热能力（）与沿途物质储热能力（c）之间的关系值大，即值大或c值小，说明物体的某一部分一旦获得热量，该热量能在整个物体中很快扩散热扩散率表征物体被加热或冷却时，物体内各部分温度趋向于均

4、匀一致的能力（Thermaldiffusivity）在同样加热条件下，物体的热扩散率越大，物体内部各处的温度差别越小。若物性参数为常数且无内热源：若物性参数为常数、无内热源稳态导热：若温度场为稳态，=0：若温度场为一维稳态无内热源时：+=0=02.导热过程的单值性条件导热微分方程式的理论基础：傅里叶定律+热力学第一定律它描写物体的温度随时间和空间变化的关系；它没有涉及具体、特定的导热过程。通用表达式。对特定的导热过程：需要得到满足该过程的补充说明条件的唯一解单值性条件：确定唯一解的附加补充说明条件单值性条件包括四项：几何、物理、时间、

5、边界完整数学描述：导热微分方程+单值性条件⑴、几何条件如：平壁或圆筒壁；厚度、直径等说明导热体的几何形状和大小⑵、物理条件如：物性参数、c和的数值，是否随温度变化；有无内热源、大小和分布；是否各向同性说明导热体的物理特征⑶、时间条件稳态导热过程不需要时间条件—与时间无关说明在时间上导热过程进行的特点对非稳态导热过程应给出过程开始时刻导热体内的温度分布时间条件又称为初始条件⑷、边界条件说明导热体边界上过程进行的特点反映过程与周围环境相互作用的条件边界条件分为三类：第一类、第二类、第三类边界条件⑴第一类边界条件s—边界面;tw=f(x

6、,y,z)—边界面上的温度已知任一瞬间导热体边界上温度值：稳态导热：tw=const⑵第二类边界条件根据傅里叶定律：已知物体边界上热流密度的分布及变化规律：第二类边界条件相当于已知任何时刻物体边界面法向的温度梯度值稳态导热：非稳态导热：特例：绝热边界面：-⑶第三类边界条件傅里叶定律：当物体壁面与流体相接触进行对流换热时，已知任一时刻边界面周围流体的温度和表面传热系数导热微分方程＋单值性条件＋求解方法温度场牛顿冷却定律：11.4周期性非稳态导热以无穷大的y-z(x=0)平面为界面，在正x方向上伸展至无穷远的物体2在常热流作用下，半无限

7、大物体通过壁面的热流通量──流体温度,单位为℃1半无限大物体的概念──时间，单位为h；──壁面与流体的换热系数，单位为Ｗ／m2·℃)；──热扩散率，单位为㎡／ｈ；──时间τ＝０时的温度；──墙壁的热导率,单位为Ｗ／(m·℃)。11.4常热流作用下的非稳态导热1均质半无限大物体周期性热作用下的温度场2周期性热作用下温度场的特点⑴无限大物体内任意点的温度随时间按简谐波规律变化。⑵由于构成物体材料对波动具有阻尼作用,致使温度波振幅随深度的增加而减小,即温度波衰减。⑶温度波的延迟。3半无穷大物体周期性加热或冷却时表面热流量