传热学_第3章.ppt

* 根据傅里叶定律，半无限大物体内任意一点在? 时刻的热流密度为 表面（x=0 )在? 时刻的热流密度为 在0~? 时间间隔内,流过单位表面积的热量为 可见，在温差一定的情况下， 越大，通过表面的热量越多， 称为吸热系数，反映物体从与其接触的高温物体的吸热能力。 * 3-4 二维及三维非稳态导热问题的求解 (1) 无限长方柱 (2) 短圆柱 (3) 垂直六面体 * 第三章 小结 （1）非稳态导热的特点; 重点掌握以下内容： （3）无限大平壁冷却或加热问题分析解（温度场）的特点及影响因素(Fo、Bi); （2）非稳态导热的数学描述（数学模型）; （4）求解非稳态导热问题集总参数法； （5）半无限大物体非稳态导热问题的数学描述及温度场的特点。 * 第三章 作业 复习题：1 ，2 ，4 习题： 3-1， 3-6， 3-10， 3-17，3-19,3-26 * 第三章 非稳态导热 1. 非稳态导热问题的类型 （1）瞬态导热 （2）周期性非稳态导热 3－1 非稳态导热的基本概念 非稳态导热过程中温度场的变化规律及换热量的分析求解方法。包括： 1. 一维非稳态导热的分析解法； 2. 非稳态导热的集总参数分析法； 3. 半无限大固体的非稳态导热 ； 主要内容： * 瞬态导热过程的特点 两个阶段： （1）非正规状况阶段； （2）正规状况阶段。 正规状况阶段的特点： 物体内初始温度分布消失，各点的温度变化具有一定的规律。 ?1 ?2 * (2) 导热微分方程解的唯一性定律 大平壁非稳态导热第三类边界条件表达式 * 毕渥数Bi 对温度分布的影响分析 (a) Bi?0: 平壁导热热阻趋于零，平壁内部各点温度在任一时刻都趋于一致，只随时间而变化，变化的快慢取决于平壁表面的对流换热强度。定向点在无穷远处。 (b) Bi??: 对流换热热阻趋于零，非稳态导热一开始平壁表面温度就立即变为流体温度，相当于给定了壁面温度（第一类边界条件），平壁内部的温度变化完全取决于平壁的导热热阻。定向点位于平壁表面上。 当Bi100时可按此情况处理。 (c) 0Bi100，按一般情况处理。 * 3-2 非稳态导热的集总参数法 物体内部的导热热阻远小于其表面的对流换热热阻，可以忽略，物体内部各点的温度在任一时刻都近似于均匀，物体的温度只是时间的函数。对于这种情况，只须求解物体温度随时间的变化规律以及物体放出或吸收的热量。 假设：一个任意形状的物体，体积为V，表面面积为A，密度?、比热容c及热导率?为常数，无内热源，初始温度为t0。突然将该物体放入温度 tf 恒定的流体中，物体表面和流体之间对流换热的表面传热系数h为常数。 * 根据能量守恒，单位时间内物体热力学能的变化量应该等于物体表面与流体之间的对流换热量， 下角标V表示以 l=V/A为特征长度 l=V/A * 傅里叶数的物理意义： Fo可以认为两个时间之比的得到的无量纲量，是非稳态导热过程进行深度的无量纲时间。 * 在0~? 时间内物体和周围环境之间交换的热量 令 ，表示物体温度从t0 变化到周围流体温度tf 所放出或吸收的总热量，则上式改写为 上述分析结果既适用于物体被加热的情况，也适用于物体被冷却的情况。 * 令 当?＝?c 时， 即在?c时刻，物体的过余温度达到初始过余温度的36.8% 。 ?c称为时间常数，反映物体对环境温度变化响应的快慢，时间常数越小，物体的温度变化越快。 影响时间常数大小的主要因素是 由 可见， 物体的热容量?cV和物体表面的对流换热条件hA。 时间常数: * 几点说明： （1）集总参数法中的毕渥数BiV与傅里叶数FoV以l=V/A为特征长度，不同于分析解中的Bi与Fo， 无限大平壁 无限长圆柱 圆 球 分析解 集总参数法 （2）对于形状如平板、柱体或球的物体，只要满足Bi?0.1，就可以使用集总参数法计算，偏差小于5％。 * 3－2 一维非稳态导热的分析解 第三类边界条件下大平壁、长圆柱及球体的加热或冷却是工程上常见的一维非稳态导热问题。 1. 无限大平壁对称冷却或加热问题的分析解 假设：厚度为2?，?、?为常数，无内热源，初始温度与两侧流体相同，为t0。两侧流体温度突然降低为t?，并保持不变，平壁表面与流体间对流换热表面传热系数h为常数。 考虑温度场的对称性，选取坐标系如图。 这是一维非稳态