非稳态导热的基本概念.ppt

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1、传热学HeatTransfer南京航空航天大学能源与动力学院第三章非稳态导热48-3主要内容非稳态导热的基本概念零维问题的分析法——集总参数法典型一维物体非稳态导热的分析解半无限大物体的非稳态导热简单几何形状物体多维非稳态导热的分析解48-4§3-1非稳态导热的基本概念一、应用背景工业：民用：动力机械的启动、停机金属工件的热处理精密机床的热变形地球气温的变化医学上激光手术二、非稳态导热的定义和特点定义：物体的温度随时间而发生变化的导热过程T=f()特点：（2）在垂直热量传递方向上，每一截面上导热量不等两个位置间的物体内能随时间变化不能用热阻分

2、析法！48-6分类周期性---随时间周期性变化非周期性---随时间推移趋于稳定初始阶段非稳态导热正规阶段例如：墙体温度昼夜的变化例如：热铁块投入凉水中三、瞬态导热过程简介平壁内温度场的变化过程设有一定壁厚的平壁，初始温度为Ti，将其左侧表面的温度突然加热升高到Tw并维持不变，而右侧表面仍与温度为Ti的空气相接触。1.非正规阶段—初始阶段H-B-K、H-C-K在紧靠平壁左侧的区域温度首先上升，其余部分仍然保持为原来的温度。经过某一时刻，壁内温度分布如曲线2.发展阶段随着时间的推移，温度变化波及的范围逐渐扩大,平壁内自左向右，各截面温度依次升高，温

3、度变化一层一层地传播到平壁的右侧表面H-D-J、H-E-J、H-F-K3.稳态导热过程经过足够长的时间(理论上为无限长时间)，壁内温度分布将成为一条直线HGL。思考：影响平壁内温度变化的因素？材料的热物性边界条件初始条件时间48-10四、导温系数（热扩散率）一维非稳态导热微分方程：若为常数，则引入导温系数a——物体的导热能力/储热能力48-11例如：表征物体传递温度变化的能力所以不考虑对流换热时，在非稳态导热过程中，同样厚度且初始温度分布相同的水层和空气层,要达到同样的温度场,空气所需时间比水快150倍。（1）稳态导热温度分布：仅与导热系

4、数有关（2）非稳态导热温度分布，一般既与有关，又与a有关48-12O五、毕渥数Bi对温度分布的影响一块无限大平板放置在温度为T，对流换热系数为h的介质中冷却，其温度分布具有怎样的特征？48-13无限大平板在冷却时，第三类边界条件:48-14任何时刻，壁表面温度分布的切线都通过坐标为（+/h，T）的O’点—第三类边界条件的定向点48-15毕渥准则任何时刻，壁表面温度分布的切线都通过坐标O’点（+/Bi，T）—第三类边界条件的定向点48-16定向点O’:（+/Bi，T）温度分布Bi∞当Bi时，意味着表面传热系数h（Bi

5、=h/），对流换热热阻趋于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。定向点O’就在平壁表面上48-17定向点O’:（+/Bi，T）意味着物体的热导率很大、导热热阻0,物体内的温度分布趋于均匀一致。定向点O’在无限远处Bi0是一个极限情况，工程上把Bi<0.1看作是接近这种极限的判据。Bi<0.1时，平壁中心温度与表面温度的差别5%，接近均匀一致当Bi0时，——可用集总参数法求解六、非稳态导热的研究目的非稳态导热的导热微分方程式：温度分布和热流量分布随时间和空间的变化规律解的唯一性定理+一定的初始条件和边界

6、条件唯一解48-19求解方法：分析解法、近似分析法、数值解法分析解法：分离变量法、积分变换、拉普拉斯变换近似分析法：集总参数法、积分法、瑞利-里兹法数值解法：有限差分法、蒙特卡洛法、有限元法分子动力学模拟