第三章 非稳态导热.pptVIP

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第三章 非稳态导热 第三章   非稳态导热 §3-1 非稳态导热的基本概念 1 非稳态导热的定义 物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 着重讨论瞬态非稳态导热 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 采用此判据时,物体中各点过余温度的差别小于5% §3-3 一维非稳态导热的分析解 1.无限大的平板的分析解 此半块平板的数学描写: 导热微分方程 初始条件 边界条件 引入变量--过余温度 令 用分离变量法可得其分析解为: 此处Bn为离散面(特征值) 若令 则上式可改写为: μn为下面超越方程的根    为毕渥准则数,用符号 Bi 表示 书上P73表3-1给出了部分Bi数下的μ1值 对无限大平板,长圆柱体及球: 及 可用一通式表达 3 正规热状况的实用计算方法-拟合公式法 对上述公式中的A,B,μ1,J0 可用下式拟合 式中常数a ,b ,c ,d 见P75表3-3 a`,b`,c`,d`见P75表3-4 §3-4 二维及三维问题的求解 考察一无限长方柱体(其截面为 的长方形) 利用以下两组方程便可证明 §3-5 半无限大的物体 半无限大物体的概念 令 若 即 可认为该处温度没有变化 几何位置 若 对一原为2δ的平板,若 即可作为半无限大物体来处理 [0,?]内累计传热量 因此 是F0, Bi 和  函数,即 注意:特征值   特征数(准则数) 2. 非稳态导热的正规状况 对无限大平板 当    取级数的首项,板中心温度, 误差小于1% 与时间无关 若令Q为 内所传递热量     --时刻z的平均过余温度 考察热量的传递 Q0 --非稳态导热所能传递的最大热量 长圆柱体及球 无限大平板 此处 此处的A,B及函数 见P74表3-2 3 正规热状况的实用计算方法-线算图法 诺谟图 三个变量,因此,需要分开来画 以无限大平板为例,F00.2 时,取其级数首项即可 先画 (2) 再根据公式(3-23) 绘制其线算图 (3) 于是,平板中任一点的温度为 同理,非稳态换热过程所交换的热量也可以利用(3-24)和(3-25)绘制出。 解的应用范围 书中的诺谟图及拟合函数仅适用恒温介质的第三类边界条件或第一类边界条件的加热及冷却过程,并且F00.2 及 即证明了 是无限长方柱体导热微分方程的解,这样便可用一维无限大平壁公式、诺谟图或拟合函数求解二维导热问题 其中 其中 限制条件: (1) 一侧绝热,另一侧三类 (2) 两侧均为一类 (3) 初始温度分布必须为常数 误差函数: 令 无量纲坐标 引入过余温度 问题的解为 误差函数 无量纲变量 说明: (1) 无量纲温度仅与无量纲坐标 ? 有关. (2) 一旦物体表面发生了一个热扰动,无论经历多么短的时间无论x有多么大,该处总能感受到温度的化。 (3) 但解释Fo,a 时,仍说热量是以一定速度传播的,这是因为,当温度变化很小时,我们就认为没有变化。 两个重要参数: * * 1、重点内容: ① 非稳态导热的基本概念及特点; ② 集总参数法的基本原理及应用; ③ 一维及二维非稳态导热问题。 2 、掌握内容: ① 确定瞬时温度场的方法; ② 确定在一时间间隔内物体所传导热 量的计算方法。 3 、了解内容:无限大物体非稳态导热的基本特点。 2 非稳态导热的分类 周期性非稳态导热:物体的温度随时间而作周期性的变化 瞬态非稳态导热:物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值 3 温度分布: 4 两个不同的阶段 非正规状况阶段(右侧面不参与换热 ):温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布,即:在此阶段物体温度分布受 t 分布的影响较大 正规状况阶段(右侧面参与换热 ):当右侧面参与换热以后,物体中的温度分布不受 to 影响,主要取决于边界条件及物性,此时,非稳态导热过程进入到正规状况阶段。 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 二类非稳态导热的区别:前者存在着有区别的两个不同阶段,而后者不存在。 6 学习非稳态导热的目的: (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: (3) 求解方法: 分析解法、近似分析法、数值解法 分析解法:分

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