第九章-导热-稳态导热.ppt

几点说明： 上述推导中忽略了肋端的散热（认为肋端绝热）。对于一般工程计算，尤其高而薄的肋片，足够精确。若必须考虑肋端散热，取：Hc=H + ? /2 上述分析近似认为肋片温度场为一维。 当 Bi=h?/? ? 0.05 时，误差小于1%。对于短而厚的肋片，二维温度场，上述算式不适用；实际上，肋片表面上表面传热系数h不是均匀一致的 — 数值计算 (2) 肋片效率 为了从散热的角度评价加装肋片后换热效果，引进肋片效率 ? 肋片的纵截面积 可见， 与参量 有关，其关系曲线如图9-21所示。这样，矩形直肋的散热量可以不用(9-50)计算，而直接用图9-21查出 然后，散热量 影响肋片效率的因素： 肋片材料的热导率 ? ↑,ηt↑ 肋片表面与周围介质之间的表面传热系数 h ↑,ηt↓ 肋片的几何形状和尺寸 H ↑,ηt↓ δ ↑,ηt↑ (3) 变截面肋片 为了减轻肋片重量、节省材料，并保持散热量基本不变，需要采用变截面肋片，环肋及三角形截面直肋是其中的两种。 对于变截面肋片来讲，由于从导热微分方程求得的肋片散热量计算公式相当复杂，因此，人们仿照等截面直肋。利用肋片效率曲线来计算方便多了. (4). 接触热阻Rc Contact surface can be treated as a surface with an interfacial conductance 实际固体表面不是理想平整的，所以两固体表面直接接触的界面容易出现点接触，或者只是部分的而不是完全的和平整的面接触 —— 给导热带来额外的热阻 —— 接触热阻 Thermal contact resistance 当界面上的空隙中充满导热系 数远小于固体的气体时，接触 热阻的影响更突出 当两固体壁具有温差时，接合 处的热传递机理为接触点间的 固体导热和间隙中的空气导热， 对流和辐射的影响一般不大 （1）当热流量不变时，接触热阻 Rc 较大时，必然 在界面上产生较大温差 （2）当温差不变时，热流量必然随着接触热阻 Rc 的增大而下降 （3）即使接触热阻 Rc 不是很大，若热流量很大， 界面上的温差是不容忽视的 接触热阻的影响因素： （1）固体表面的粗糙度 （3）接触面上的挤压压力 例： （2）接触表面的硬度匹配 （4）空隙中的介质的性质 在实验研究与工程应用中，消除接触热阻很重要 导热油、硅油、银 先进的电子封装材料 （AIN），导热系数达400以上 导热微分方程式的不适应范围: 非傅里叶导热过程,如： 极短时间内产生极大的热流密度的热量传递现象， 如激光加工过程。 极低温度(接近于0 K)时的导热问题。 导热过程的单值性条件 导热微分方程式的理论基础：傅里叶定律 + 热力学第一定律 它描写物体的温度随时间和空间变化的关系； 它没有涉及具体、特定的导热过程。通用表达式。 对特定的导热过程：需要得到满足该过程的补充 说明条件的唯一解 单值性条件：确定唯一解的附加补充说明条件 单值性条件包括四项：几何、物理、时间、边界 完整数学描述：导热微分方程 + 单值性条件 1、几何条件 如：平壁或圆筒壁；厚度、直径等 说明导热体的几何形状和大小 2、物理条件 如：物性参数 ?、c 和 ? 的数值，是否随温度变化； 有无内热源、大小和分布；是否各向同性 说明导热体的物理特征 3、时间条件 稳态导热过程不需要时间条件 — 与时间无关 说明在时间上导热过程进行的特点 对非稳态导热过程应给出过程开始时刻导热体内的 温度分布 时间条件又称为初始条件 （Initial conditions） ４、边界条件 说明导热体边界上过程进行的特点 反映过程与周围环境相互作用的条件 边界条件一般可分为三类： 第一类、第二类、第三类边界条件 （Boundary conditions） （１）the first kind of boundary condition 第一类边界条件 s — boundary surface ; tw = f (x,y,z) — temperature on the boundary surface The temperature on the boundary surface is given, 已知任一瞬间导热体边界上温度值： Example： o ? x tw1 tw2 （2）The sec