传热学3-1课程.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 传热学 Heat Transfer 方程式可改写为 热力学能增量 表面对流换热量 ③没有BC，只有IC 传热学 Heat Transfer 方程式及边界条件可改写为 分离变量得 ④求解 传热学 Heat Transfer 对t 从0到任意时刻t 积分 ⑤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 传热学 Heat Transfer ⑥两个无量纲数 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 表征非稳态过程进行深度的无量纲时间 传热学 Heat Transfer 二、分析解的应用 1.时间常数 令使 的时间为 ，时间常数，反映了物体对温度变化动态响应的快慢， ，响应越快 ①定义 BiVFoV 传热学 Heat Transfer ②测量体温时，需保持5min以上时间 ③影响因素(热容量，换热条件)。 体面比的降低以及h的升高还要考虑满足集总参数法的条件 传热学 Heat Transfer 流体 热电偶接点 管道 温度计 ④动态测量时，时间常数越小，越能正确反映被测温度 热电偶丝很细，直径小(0.05-0.02mm) 传热学 Heat Transfer 2.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两种角度分析： Fourier导热定律以及热力学第一定律 热力学第一定律: Fourier导热定律: 传热学 Heat Transfer 3.符合集中体的判别条件 2δ R R h为表面传热系数，已知 l为特征长度, 对厚为2δ的大平板取δ，对长圆柱与球取半径R，对不规则物体，取V/A ① 过余温度最大偏差小于5% λ为导热物体的导热系数 ②0.1为特殊的工程观念，如果Bi 0.1，误差增大 ③集总参数法为计算非稳态导热的首选方法，首先计算Bi数，判断可否用集总参数法 传热学 Heat Transfer 例题3-1 一直径为5cm的钢球，初始温度为4500C，忽然被置于温度为300C的空气中。设钢球表面与周围环境被置于温度为300C的空气中。设钢球表面与周围环境间的传热系数为24W/(m2.K)，试计算钢球冷却到3000C所需的时间。已知钢球的 c=0.48kJ/(kg.K), r=7753kg/m3, ?=33W/(m.K)。 传热学 Heat Transfer 分析： （1）表面传热系数指复合传热系数，且为平均值； （2）常物性； 假设： 首先检验是否可用集总参数法。为此计算Bi数： 可以采用集中参数法。 传热学 Heat Transfer 计算： 本题是在已知表面传热系数的条件下计算的，所设定数值的大小对计算结果影响很大。如果为了获得球与液体间的传热系数，在已知c、r和几何尺寸的条件下，如何获得h？ 讨论： 据式(3-9)有 由此解得： 传热学 Heat Transfer 一温度计的水银泡呈圆柱状,长20mm,内径为4mm,初始温度为t0,今将其插入到温度较高的储气罐中测量气体温度.设水银泡同气体间的对流换热表面传热系数h=11.63W/(m2.K),水银泡一层薄玻璃的作用可忽略不计,试计算此条件下温度计的时间常数,并确定插入5min后温度计读数的过余温度为初始温度的百分之几?水银的物性参数如下: 例题3-2 传热学 Heat Transfer 分析： （1）以水银泡作为研究对象； （2）常物性； 假设： 首先检验是否可用集总参数法。考虑到水银泡柱体的上端面不直接受热,故 可以采用集总参数法。 传热学 Heat Transfer 即经5min后温度计读数的过余温度是初始过余温度的13.3%.也就是说,在这段时间内温度计的读数上升了这次测量中温度跃升的86.7% 计算： 传热学 Heat Transfer 由此可见，当用水银温度计测量流体温度时必须在被测流体中放置足够长的时间，以使温度计与流体之间基本达到热平衡。对于稳态过程，这是可以允许的。但对于非稳态的流体温度场的确定，水银的热容量过大时将无法跟上流体温度的变化，及其响应特性很差。这时需要采用时间常数很小的感温元件，比如热电偶。 讨论： 传热学 Heat Transfer 例题3-3 一直径为5cm,长为30cm的钢圆柱体,初始温度为300C,将其放入炉温为12000C的加热炉中加热,升温到8000C方可取出.设钢圆柱体与烟气间的复合换热表面传