《传热学》第3章非稳态导热.pptx

传热学HeatTransfer第3章非稳态导热一、应用背景1.加热冷却过程2.动力机械中的开关车4.医疗中激光技术(控制温度范围)3.地球的气候变化

传热学HeatTransfer二、研究目的掌握确定瞬时温度场及一段时间内所传递的热量

传热学HeatTransfer§3-1非稳态导热的基本概念一、非稳态导热的分类非周期性：物体的温度随时间推移逐渐趋向于一个恒定温度周期性：物体中各点温度及热流密度随时间作周期性变化(不是研究重点)非稳态导热

传热学HeatTransfer界面上所发生的热扰动传递到内部一定深度需要一定时间

传热学HeatTransfer二、基本特点1.2.物体中的温度分布存在着两个不同阶段(非周期性导热)①非正规状况：物体中的温度分布主要受初始温度分布控制②正规状况：初始温度分布影响逐渐消失，物体中不同时刻温度分布主要取决于边界条件及物性3.在垂直于热量传递方向的每一个截面上，导热量处处不同

传热学HeatTransfer导热体的内能随时间发生变化，导热体要储存或释放能量

传热学HeatTransfer4.直角坐标下的控制方程IC：BC：I，II，III类边界条件

传热学HeatTransfer三、热扩散率λ越大，一定时间内可传递更多热量，ρc越小，温度上升1度所需热量越少2.物理意义：表征物体内部温度趋于均匀化的能力，或者说传递温度变化的能力1.定义物性参数3.举例①可以用手握木棒在火炉上加热，而不敢用手握铁棒

传热学HeatTransfer4.a与λ①稳态导热温度分布，仅与λ有关②非稳态导热温度分布，一般与λ及a均有关

传热学HeatTransfer四、第三类边界下非稳态导热的定性分析第三类边界下非稳态导热是最常见的一种情况，根据导热体材料性质和表面换热条件分三种情况。

传热学HeatTransfer毕渥准则数(1)Bi??，表示表面传热系数h??（Bi=h?/?），对流换热热阻?0。平壁的表面温度几乎从冷却过程一开始，就立刻降到流体温度t?。式中l为特征尺度

传热学HeatTransfer(2)Bi?0，表示物体的导热系数很大、导热热阻?0（Bi=h?/?）。任何时间物体内的温度分布都趋于均匀一致。(3)0Bi?，情况介于（1）和（2）之间。(c)Bi为有限大小

传热学HeatTransfer§3-2集总参数的简化分析法一、集总体的概念(lumpedparametermethod)内部导热热阻远小于表面换热热阻的非稳态导热体称为集总体，任意时刻导热体内部各点温度接近均匀，这样导热体的温度只随时间变化，而不随空间变化，故又称之为零维问题。1.Bi?0

传热学HeatTransfer2.优点：体积为V表面积为A物性r,l,c初始温度t0t∞流体温度t∞表面换热系数h可以处理任意形状的物体

传热学HeatTransfer3.数学描写②确定广义热源项①控制方程与分析肋片导热问题类似，发生热量交换的边界不是计算边界，因此界面上交换的热量折算成整个物体的体积热源

传热学HeatTransfer方程式可改写为热力学能增量表面对流换热量③没有BC，只有IC

传热学HeatTransfer方程式及边界条件可改写为分离变量得④求解

传热学HeatTransfer对t从0到任意时刻t积分⑤解的分析(1)θ与几何位置无关，θ=θ(τ)(2)θ与λ以及a有关(3)上述思想可用于物体被加热或冷却

传热学HeatTransfer⑥两个无量纲数上式中右端的指数可作如下变化式中BiV是特征尺度l用V/A表示的毕渥数。FoV是特征尺度l用V/A表示的傅里叶数，无量纲时间

传热学HeatTransfer二、分析解的应用1.时间常数令使的时间为，时间常数，反映了物体对温度变化动态响应的快慢，，响应越快①定义BiVFoV

传热学HeatTransfer②测量体温时，需保持5min以上时间③影响因素(热容量，换热条件)。测量体温时，温度计要垂直对准腋窝体面比的降低以及h的升高还要考虑满足集总参数法的条件

传热学HeatTransfer流体热电偶接点管道温度计④动态测量时，时间常数越小，越能正确反映被测温度热电偶丝很细，直径小(0.05-0.02mm)

传热学HeatTransfer2.非稳态导热量计算导热体在时间0~?内传给流体的总热量可以从两种角度分析：Fourier导热