热工基础与应用 第3版 教学课件 作者 傅秦生第九章 非稳态导热.ppt

《热工基础与应用 第3版 教学课件 作者 傅秦生第九章 非稳态导热.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第九章非稳态导热1.加热冷却过程2.动力机械中的开关车(热应力)4.医疗中激光技术(控制温度范围)3.地球的气候变化一、应用背景§9-1非稳态导热的基本概念热工基础与应用二、研究目的掌握确定瞬时温度场（t）及一段时间内所传递的热量（Q）三、非稳态导热的分类非周期性：物体的温度随时间推移逐渐趋向于一个恒定温度周期性：物体中各点温度及热流密度随时间作周期性变化(不是研究重点)非稳态导热热工基础与应用界面上所发生的热扰动传递到内部一定深度需要一定时间动画演示热工基础与应用四、基本特点1.2.物体中的温度分布存在着两个不同阶段(非周期性导热)①非正规状况：物体中的温

2、度分布主要受初始温度分布控制②正规状况：初始温度分布影响逐渐消失，物体中不同时刻温度分布主要取决于边界条件及物性3.在垂直于热量传递方向的每一个截面上，导热量处处不同(稳态导热肋片，内热源问题)热工基础与应用导热体的内能随时间发生变化，导热体要储存或释放能量热工基础与应用§9-2非稳态导热问题求解及诺谟图第三类边界下非稳态导热是最常见的一种情况，根据导热体材料性质和表面换热条件分三种情况。热工基础与应用毕渥准则数(1)Bi，表示表面传热系数h（Bi=h/），对流换热热阻0。平壁的表面温度几乎从冷却过程一开始，就立刻降到流体温度t。式中l为特征

3、尺度热工基础与应用(2)Bi0，表示物体的导热系数很大、导热热阻0（Bi=h/）。任何时间物体内的温度分布都趋于均匀一致。(3)0

4、壁的中心为坐标原点建立坐标系热工基础与应用为了求解上的方便，引入过余温度热工基础与应用采用分离变量法求解：取只能为常数：只为的函数只为x的函数热工基础与应用傅里叶数—表示非稳态导热过程进行深度的无量纲时间无量纲距离毕渥数—表示内部导热热阻与表面对流换热热阻相对大小③解的结果变量数减少，实验次数减少；可用图表示，4个参数，两张图热工基础与应用2.无限长圆柱体如何化简？热工基础与应用Fo>0.2，只取级数的第一项计算和完整级数计算误差很小(<1%)。并且平板中任一点的过余温度与平板中心的过余温度之比只与几何位置和边界条件有关，而与时间无关。初始条件的影响已消失

5、，定义为非稳态导热过程的正规状况阶段(工程技术关心的非稳态导热常处于正规状况)。Regularregime/fullydeveloped二、非稳态导热的正规状况阶段Fo<0.2则是瞬态温度变化的初始阶段或非正规状况阶段。热工基础与应用正规状况阶段两个分析解的简化表达式热工基础与应用定义无量纲热量其中Qτ为0时间内传导的热量（内热能的改变量）初始时刻至无穷时间内的总传导热量（物体内能改变总量）经过秒钟、每平方米平壁放出或吸收的热量：热工基础与应用对于无限大平板按如下公式和图3-7、3-8和3-9计算。平板中心的过余温度三、正规状况阶段的Heisler图计

6、算方法热工基础与应用主图特点：横坐标―直角坐标纵坐标―对数坐标热工基础与应用辅图特点：横坐标―对数坐标纵坐标―直角坐标热工基础与应用P130图3-9热工基础与应用§9-3集总参数法一、集总体的概念(lumpedparametermethod)内部导热热阻远小于表面换热热阻的非稳态导热体称为集总体，任意时刻导热体内部各点温度接近均匀，这样导热体的温度只随时间变化，而不随空间变化，故又称之为零维问题。1.Bi0热工基础与应用2.优点：体积为V表面积为A物性r,l,c初始温度t0>t∞流体温度t∞表面换热系数h可以处理任意形状的物体热工基础与应用热力学能增量表面

7、对流换热量②没有BC，只有IC1.数学描写①控制方程二、集总体方法求解热工基础与应用方程式及边界条件可改写为分离变量得2.求解①温度热工基础与应用对t从0到任意时刻t积分②解的分析(1)θ与几何位置无关，θ=θ(τ)(2)θ与λ以及a有关(3)上述思想可用于物体被加热或冷却热工基础与应用③两个无量纲数上式中右端的指数可作如下变化式中BiV是特征尺度l用V/A表示的毕渥数。FoV是特征尺度l用V/A表示的傅里叶数，无量纲时间热扩散率热工基础与应用3.非稳态导热量计算导热体在时间0~内传给流体的总热量可以从三种角度分析：表面对流换热量:热力学能增量:热工基础与

8、应用热力学第一定律，内能改变:热工基础与应用4.符合