传热学第三章节稳态导热.ppt

第三章 稳态导热 1、通过平壁的导热 2、通过复合平壁的导热 3、通过圆筒壁的导热 4、通过肋片的导热分析 5、通过接触面的导热 6、导热问题分析的一些技巧 ;典型稳态导热问题分析解 稳态导热问题的主要特征是物体中各点温度不随时间变化，只是空间坐标的函数，热流也具有同样性质。 温度在空间坐标上的分布决定导热问题的维数，维数越多问题越复杂，所以应对具体问题具体分析，从主要因素着手，忽略次要因素，适当简化。; 1、通过平壁的导热 平壁的长度和宽度都远大于其厚度，因而当平板两侧保持均匀边界条件时，热量只在厚度方向传递，温度只在厚度方向变化，即一维稳态导热问题。;两个边界均为第一类边界条件;热流量;（λ随温度呈线性变化， 为常数） ; 其抛物线的凹向取决于系数 的正负。当 时 ， 随着 的增大而增大， 即高温区的导热系数大于低温区。 由 ，平壁两侧 热流相等，面积相等，所以高温 区的温度变化率较低温区平缓， 形成上凸的温度分布。当 时 情况与之相反。 ;热流密度计算式为 :;b.通过多层平壁的导热 ;2.通过复合平壁的导热;复合平壁的导热量：;3、通过圆筒壁的导热 ;代入边界条件得圆筒壁的温度分布为: ;单位长度圆筒壁的热流量;b、通过多层圆筒壁的导热(运用串联热阻叠加原理);c.临界热绝缘直径 工程上，为减少管道的散热损失，常在管道外侧覆盖热绝缘层或称隔热保温层。 问题：覆盖热绝缘层是否在任何情况下都能减少热损失？保温层是否越厚越好？;若d2 dc ，当dx在d2与d3范围内时，管道向外的散热量比无绝缘层时更大， ； 只有当d2? dc时，覆盖绝热层才会减少热损失！;;一般的动力保温管道，是否要考虑临界热绝缘直径呢？;例： 某管道外经为2r，外壁温度为t1，如外包两层厚度均为r（即?2＝?3＝r）、导热系数分别为?2和?3（ ?2 / ?3=2）的保温材料，外层外表面温度为t2。如将两层保温材料的位置对调，其他条件不变，保温情况变化如何？由此能得出什么结论？ 解：设两层保温层直径分别为d2、d3和d4，则d3/d2=2，d4/d3=3/2。 将导热系数大的放在里面： ;两种情况散热量之比为： ;4.通过肋片的导热分析 工程上和自然界常见到一些带有突出表面的物体，如摩托车的气缸外壁、马达外壳、暖气片、多数散热器的气侧表面，乃至人体的四肢及耳鼻等。 肋片：依附于基础表面上的扩展表面。;电子器件冷却;;求： 细长杆沿高度方向的温度分布t（x） 通过细长杆的散热量;（1）分析推导微分方程式;d.微元段能量平衡分析：;令;杆内过余温度分布如右图：;边界条件： ;细杆散热量求解 ;c. 有限高细杆（忽略端部散热，即端部绝热）;细杆散热量;;3)等厚度环肋（变截面）;4)肋效率;5）散热量计算;6）几点考虑 a.采用忽略肋端散热的计算公式较简洁 对于一般工程计算，尤其高而薄的肋片，已足够精确。若必须考虑肋端散热，取： 将端部面积折算到侧面。;c.肋化对传热有利的判据 实践中发现，并不是任何情况下加肋片都能强化传热，有时反而消弱传热。那么在什么情况下加肋片对传热有利呢?对无限高细长杆做如下分析: 传热表面A未加肋时的散热量为: 加肋后的最大散热量为:;5、通过接触面的导热 在推导多层壁导热的公式时，假定???壁面之间保持良好的接触，即层间保持同一温度。而在工程实际中固体表面之间的接触都是有间隙的。;降低接触热阻的方法： 1.研磨接触表面 2.增加接触面压力 3.垫软金属（如紫铜片） 4.涂硅油或导热姆（二苯和二苯氧化物的混合物） 5.焊接;6、导热问题分析的一些技巧 ;内外表面维持均匀恒定温度的空心球壁的导热问题;变截面和变导热系数问题;热流方向上的面积变化 A=f（x） ?=const，?=const，;2）热流量计算 ;定解条件：（恒壁温）;例：半径为 的圆球，其热导率（导热系数）为λ，单位体积发热量为 ，浸在温度为 的流体中，流体与球表面间的对流换热系数为h。 （东大2000年考研题）;Date;思考题分析;肋片高度增加引起两种效果：肋效率下降及散热表面积增加。因而有人认为，随着肋片高度的增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片导热热流量反而会下降。试分析这一观点的正确性。 答：这一观点是不正确的，计算