第二篇（工程）传热学1传热学简介1研究内容-.pptx

第二篇 （工程）传热学;传热学简介;传热学与热力学在研究内容上的差别; (1) 理论分析计算法 将物理现象抽象简化，略去次要因素→数学模型： 微（积）分方程（组）+单值性条件，通常用以解决简单导热问题。;(3) 数值解法（有限元法、有限差分法等）;(2) 对流;对流换热计算公式——牛顿冷却公式 ;传热过程（对流换热+导热+对流换热）;第九章 导热;基本概念;(3) 热流量和热流密度;(4) 温度梯度;导热基本定律——傅立叶定律（各向同性材料）;导热系数(又称热导率 )——物性参数;在固态非金属中，主要依靠晶格振动进行传热，分子在其平衡位置振动，相邻分子碰撞时传热；;7;电子迁移传递热量能力最强，所以金属导热系数最高。纯金属高于合金，液体高于气体。;9-2 导热微分方程和定解条件 ;导热微分方程 ;式中;热扩散率越大，表示物体的温度趋于均匀一致的能力越强。;定解条件 ;注：只有非稳态导热才有初始条件。稳态导热时物体内的温度分布不随时间变化，初始条件没有意义。;9–3 一维稳态导热;由;因此，可得单层平壁的导热基本公式;(2) 热阻（热电类比）;热阻网络图（热路图）——类似于电路图;或; 通过长圆筒壁的稳态导热;分离变量积分，得温度分布如下：;圆筒壁导热热阻;单位管长圆筒壁导热热阻;25; 通过球壁的导热;27; 通过等截面肋片的稳态导热;确定沿肋片高度的温度分布和肋片的散热量。;(1) 微分方程 (以矩形直肋为例) 推导方法：微元热平衡法（一维、稳态、无内热源）;31;推导出;(2) 边界条件及其特解;代入通解，得温度分布和肋片散热量如下式：;肋片高而薄，肋端视为绝热，其边界条件为：;36;肋高修正方法：;38;9-4 非稳态导热; (1) 任一时刻物体内部的温度场； (2) 从 0 到 τ 时刻物体与外界的总换热量。;如果边界条件处于周期性变化中，那么物体内部的温度场也跟随进行周期变化，但变化幅值会衰减，相位会延迟。如室外气温及太阳辐射的周期性变化所引起的房屋墙壁内温度场的变化等。这种情况称之为周期性非稳态导热。 如果边界条件处于任意无规则变化中，则为一般非稳态导热。 ;分析解法：求解导热微分方程+边界条件和初值条件（只适用于少数特定条件，多维条件下解偏微分方程常用拉氏变换、留数法等，求解较复杂）； 集总参数法：忽略内部导热热阻的一种近似方法； 诺谟图法：利用数学推导得到工程线图的图解法。 后两种方法在工程上更实用。;集总参数法;此时内部传热比表面对流换热快得多，可认为物体内部温度均匀，近似地将该物体看作一个质点。 L 为定型尺寸（由形状而定的几何特征尺寸）。;(2) 集总参数法的计算公式;设;温度场函数 θ (τ);非稳态导热 0 到 τ 时刻的总热交换量;(3) 时间常数 τr（以初始变化速率达到环境温度的时间）;(4) 集总参数法的适用条件; 无限大平壁（单面对流换热）：;对前面 2 种情况大平壁的定型尺寸分析，定型尺寸可理解为是从绝热面到对流换热表面的垂直距离。;将前面温度场函数的指数进行以下整理变形，有;BiV 越小→内部导热热阻相对越小→物体内部的温度越接近均匀一致。;L2/a表示使热扰动扩散到 L2 面积所需的时间。; 使用集总参数法条件（经验值）;其中 无限大平壁：M=1； 无限长圆柱体：M=1/2； 球体：M=1/3 ;Bi 和BiV 都称为毕渥准则，两种判别式的定型尺寸不同，所以判别式的形式不同，但物理意义相同，都是“内部热阻／外???热阻”。 ; 总结：;如果用公式 计算温度场, BiV和 FoV 中定型尺寸为 L=V/A 。;例1 球形热电偶接点的瞬态响应设计为：当热电偶放入流体中 1 秒钟后，热电偶的指示温度 t 使得无量 纲的过余温度比 。设材料的物性参数为： , 对流换热系数 ，试求热电偶接点的最大允许半径。;所以先设： Bi ≤0.1，由集总参数法公式：;最后再校核 Bi 准则：;（1）一般分析;65;由非稳态导热问题的分析解可知，对无限大平壁：;同理，对无限长圆柱体和球体：;（2）一维非稳态导热;69;70;利用前面 2 个图及下式，即可求得一维、无内热源、第三类边界条件、Fo≥0.2 时无限大平壁两面换热的非稳态导热温度场。;同样有;73;无限长圆柱体和