传热学第三章ppt课件.ppt

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1、第三章　非稳态热传导能源工程系黄金7/29/20211§3-1非稳态导热的基本概念1非稳态导热的定义周期性非稳态导热：物体温度按一定的周期发生变化非周期性非稳态导热（瞬态导热）：物体的温度随时间不断地升高（加热过程）或降低（冷却过程），在经历相当长时间后，物体温度逐渐趋近于周围介质温度，最终达到热平衡（着重讨论瞬态非稳态导热）2非稳态导热的分类物体的温度随着时间而变化的导热过程7/29/202123温度分布（1）左侧壁面温度突然升高到t1，并保持不变7/29/20213（2）今有一无限大平板，突然放入加热炉中加热，平板受炉内烟气环境的加热作用，其温度就会从平

2、板表面向平板中心随时间逐渐升高，其内能也逐渐增加，同时伴随着热流向平板中心的传递。τ=τ3x0tτ=0αt∞t0τ→∞τ=τ2τ=τ17/29/202144两个不同的阶段非正规状况阶段(不规则情况阶段/初始状况阶段)：环境的热影响不断向物体内部扩展的过程，即物体（或系统）有部分区域受到初始温度分布控制的阶段。必须用无穷级数描述特点：温度分布主要受初始温度分布控制正规状况阶段：环境的热影响已经扩展到整个物体内部，即物体（或系统）不再受到初始温度分布影响的阶段。可以用初等函数描述。特点：温度分布主要取决于边界条件及物性参数导热过程的三个阶段非正规状况阶段（起始阶

3、段）正规状况阶段新的稳态7/29/202155热量变化Φ1－－板左侧导入的热流量Φ2－－板右侧导出的热流量阴影部分就代表了平板升温过程中所积聚的能量平衡态7/29/20216(1)温度分布和热流量分布随时间和空间的变化规律(2)非稳态导热的导热微分方程式：6学习非稳态导热的目的(3)求解方法：分析解法、近似分析法、数值解法7/29/202177毕渥数本章以第三类边界条件为重点。tfhtfhxt0tfhxt0a流体与物体表面的对流换热环节b物体内部的导热(1)问题的分析如图所示，存在两个换热环节：已知：平板厚、初温、表面传热系数h、平板导热系数，将其突

4、然置于温度为的流体中冷却。7/29/20218(2)毕渥数的定义：把导热热阻与对流传热热阻相比可得到一个无因次的数，我们称之为毕渥数特征数（准则数）：表征某一类物理现象或物理过程特征的无量纲数。毕渥数表征内部导热热阻与外部对流传热热阻的比值特征长度：是指特征数定义式中的尺度。7/29/20219无量纲数当时，，因此，可以忽略对流换热热阻当时，，因此，可以忽略导热热阻(3)Bi数对温度分布的影响7/29/202110Bi准则对温度分布的影响Bi准则对无限大平壁温度分布的影响7/29/202111§3-2零维问题的分析法－集总参数法1定义：忽略物体内部导热热阻、

5、认为物体温度均匀一致的分析方法。此时，，温度分布只与时间有关，即，与空间位置无关，因此，也称为零维问题。2温度分布如图所示，任意形状的物体，参数均为已知。将其突然置于温度恒为的流体中。7/29/202112当物体被冷却时（t>t）,由能量守恒可知也可以这样理解初始条件7/29/202113方程式改写为：，则有初始条件控制方程7/29/202114积分过余温度比其中的指数：7/29/202115是傅立叶数物体中的温度呈指数分布方程中指数的量纲：7/29/202116上式表明：当传热时间等于时，物体的过余温度已经达到了初始过余温度的36.8％。称为时间

6、常数，用表示。此时，7/29/202117如果导热体的热容量（Vc）小、换热条件好（h大），那么单位时间所传递的热量大、导热体的温度变化快，时间常数(Vc/hA)小。对于测温的热电偶节点，时间常数越小、说明热电偶对流体温度变化的响应越快。这是测温技术所需要的。（微细热电偶、薄膜热电阻）工程上认为=4Vc/hA时导热体已达到热平衡状态7/29/202118当物体被加热时(t

7、数物理意义可以理解为两个时间间隔相除所得的无量纲时间，Fo越大，热扰动就能越深入地传播到物体内部，因而，物体各点地温度就越接近周围介质的温度。7/29/2021205集总参数法的应用条件采用此判据时，物体中各点过余温度的差别小于5%M是与物体几何形状有关的无量纲常数对厚为2δ的无限大平板对半径为R的无限长圆柱对半径为R的球10作业P1523－9、3－137/29/202121将初始温度为80℃,直径为20mm的紫铜棒突然横置于气温为20℃的风道之中,五分钟后,紫铜棒温度降到34℃。试计算气体与紫铜棒之间的换热系数α。已知紫铜棒密度ρ=8954kg/m3,比热

8、C=383.1J/(kg·℃),导热系数λ=386W