非稳态导热.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 9-2-5 接触热阻（Thermal contact resistance） 接触热阻 Rc 总温差相同时： 主要影响因素：粗糙度，硬度，压力。 减小接触热阻的方法： 施压，加铜箔（银箔），涂导热油等。 9-3 非稳态导热 9-3-1 基本概念 1. 非稳态导热的类型 周期性导热（Periodic unsteady conduction） 瞬态导热（Transient conduction） 2. 瞬态非稳态导热的基本特点 右侧面参与换热和不参与 换热两个不同阶段； 每一个与热流方向相垂直的 截面上热流量处处不相等。 9-3-2 一维非稳态导热问题的分析解 1. 无限大平壁冷却或加热问题的分析解简介 问题：无限大平壁，2δ，λ，a，фV=0，初始温度t0， 突置流体中 t∞，且 t∞ t0, h。 确定：温度分布 导热微分方程： 分析 的半个平壁 过余温度表示的导热微分方程： 引入过余温度：θ= t - t∞ 用分离变量法求解，直接给出求解结果： 解是无穷级数的和 说明 特征值 是超越方程 的根。 无量纲温度分布： 原导热微分方程的温度分布： 简化未知数个数 2. 对分析解的讨论 傅里叶数 Fo对温度分布的影响 （1）定义： （2）物理意义： 分子：非稳态导热过程从 0 ~τ的时间 分母：温度变化波及到δ2面积的时间 非稳态导热的 无量纲时间 （3）傅立叶数对温度分布的影响： Fo增加时， 逐渐减小，t 越接近于 t∞。 Fo≥0.2 时，取级数的第一项作解。 毕渥数 Bi 对温度分布的影响 （1）定义： （2）物理意义： 分子：物体内部的导热热阻 分母：物体外部的对流换热热阻 （3）Bi对温度分布的影响： Bi的数值范围：０～∞ 内部导热热阻 趋于零； 集总热容系统。 外部对流换热 热阻趋于零； 内部导热热阻和 外部对流换热热 阻相当； 第一类边界条件． 3. 诺模图（Nomo-chart） 当Fo≥0.2时，可利用式（9-63），（9-66），（9-67） 计算物体的过余温度分布。 将式（9-66）,（9-67）绘制成线算图——诺模图。 诺模图的使用方法： （1）首先计算Bi 和Fo的数值。 （2）由线算图 ，确定 ，再计算 。 （3）再由线算图 ，确定 ，计算 。 （4）从而确定温度分布和交换的热量。 9-3-3 特殊多维非稳态导热的简易求解方法 一维非稳态导热温度分布： 多维非稳态导热温度分布： 数值计算方法； 特殊几何形状物体简易求解。 无限长方柱： 短圆柱： 垂直六面体： 9-3-4 集总参数法的简化分析 毕渥数 Bi （1）定义： （2）物理意义： 分子：物体内部的导热热阻 分母：物体外部的对流换热热阻 （3）Bi的数值范围：０～∞ 集总热容系统 集总参数法（Lumped parameter analysis method）： Bi≤0.1时，物体内部的导热热阻远小于外部对流换热 热阻，忽略物体内部导热热阻的简化分析方法。 物体内部温度分布： 分析： Bi≤0.1 导热系数λ相当大 几何尺寸δ相当小 表面传热系数h很小 ρ，λ，c A t 0 t∞ h 任意形状物体，体积V，表面积A，物性参数ρ，λ，c 为常数。初始温度t0，突然放置于温度t∞（恒温）的流体 中，表面传热系数h为常数。 分析问题 （1）物体冷却过程中温度随时间的变化规律； （2）物体放出的热量。 求 解 1. 物体在冷却过程中温度随时间的变化规律 ρ，λ，c A t0 t∞ h 根据能量守恒： 引入过余温度： 求得温度分布： 说明 （1）采用集总参数法，过余温度分布随 时间呈 指数规律衰减。 （2）关于特征长度的选取： 一般