傳熱學(xué)B-機(jī)械專業(yè)-2012-chapter 3.ppt

1、第三章 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,3.2 集中參數(shù)法,3.3 總結(jié),3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（1）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程及其特點(diǎn),供暖或停暖過程中墻內(nèi)與室內(nèi)空氣溫度,冶金、熱處理與熱加工中工件被加熱或冷卻,鍋爐、內(nèi)燃機(jī)等裝置起動(dòng)、停機(jī)、變工況,自然環(huán)境溫度,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（2）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分類,定義：物體的溫度隨時(shí)間而作周期性的變化,實(shí)例： 地球表面層的溫度隨季節(jié)的變化 墻壁、屋頂溫度的晝夜變化,定義：物體的溫度隨時(shí)間的推移逐漸趨近于恒定的值,實(shí)例： 熱處理 測溫,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導(dǎo)熱過程的溫度分布,簡單例子,初始時(shí)刻溫度恒定為t0,僅考慮

2、x方向的傳熱,左右兩側(cè)為空氣溫度為t0,導(dǎo)熱系數(shù)、對流換熱系數(shù)為定值,某時(shí)刻，平板左側(cè)表面溫度忽然升高為t1,平板中的溫度如何變化？,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導(dǎo)熱過程的溫度分布,溫度分布,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導(dǎo)熱過程的溫度分布,溫度分布,非正規(guī)狀況階段： 溫度分布顯現(xiàn)出部分為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱規(guī)律控制區(qū)和部分為初始溫度區(qū)的混合分布，即：在此階段物體溫度分布受t0分布的影響較大。 必須用無窮級數(shù)描述。,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導(dǎo)熱過程的溫度分布,溫度分布,正規(guī)狀況階段： 當(dāng)右側(cè)面參與換熱以后，物體中的溫度分布不受 t0 影響，主要取決于邊界條件及物性。

3、 可以用初等函數(shù)描述。,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導(dǎo)熱過程的溫度分布,熱流量,1板左側(cè)導(dǎo)入的熱流量 2板右側(cè)導(dǎo)出的熱流量,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（3）瞬態(tài)導(dǎo)熱過程的溫度分布,復(fù)合壁例子,初始時(shí)刻溫度恒定為t0,僅考慮x方向的傳熱,左右兩側(cè)為空氣溫度為t0,導(dǎo)熱系數(shù)、對流換熱系數(shù)為定值,某時(shí)刻，平板左側(cè)表面溫度忽然升高為t1,平板中的溫度如何變化？,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（4）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程,單值性條件：確定唯一解的附加補(bǔ)充說明條件，包括四項(xiàng)：幾何、物理、初始、邊界,邊界條件： 第一類邊界條件 第二類邊界條件 第三類邊界條件,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（5）

4、第三類邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,初始溫度為t0,某時(shí)刻，將平板忽然放入溫度為t的環(huán)境中冷卻,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，平板的導(dǎo)熱系數(shù)為,平板中溫度如何分布？,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（5）第三類邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)大于對流換熱熱阻,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（5）第三類邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于對流換熱熱阻,3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（5）第三類邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,導(dǎo)熱熱阻與對流換熱熱阻相當(dāng),3.1 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念,（5）第三類邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,特征長度：指特征數(shù)定義式中的幾何尺度。,Bi數(shù)中特征長度為平板的半厚。,基本思想：將一些參數(shù)組合起來，使

5、之能表征一類物理現(xiàn)象，或物理過程的主要特征，并且沒有量綱。這種參數(shù)組合叫特征數(shù)（準(zhǔn)則數(shù)）。,3.2 集中參數(shù)法,（1）基本思想,物體內(nèi)部熱阻遠(yuǎn)小于其表面換熱熱阻時(shí)，物體內(nèi)部的溫度可以近似看作是均勻的。,物體的導(dǎo)熱系數(shù)很大,物體的幾何尺寸很小,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)極低,零維問題,3.2 集中參數(shù)法,（2）問題描述,3.2 集中參數(shù)法,（3）問題求解,導(dǎo)熱微分方程簡化：,邊界條件,3.2 集中參數(shù)法,（3）問題求解,內(nèi)熱源：,將內(nèi)熱源表達(dá)式代入微分方程：,3.2 集中參數(shù)法,（3）問題求解,引入過余溫度,3.2 集中參數(shù)法,（3）問題求解,分離 變量,3.2 集中參數(shù)法,（4）導(dǎo)熱量,根據(jù)溫度分布：,3.

6、2 集中參數(shù)法,（4）導(dǎo)熱量,某時(shí)間段內(nèi)的導(dǎo)熱量：,3.2 集中參數(shù)法,（5）溫度分布公式的變化,3.2 集中參數(shù)法,（6） Fo數(shù),（V/A）2/a：邊界上發(fā)生的熱擾動(dòng)擴(kuò)散到（V/A）2面積所需時(shí)間,Fo數(shù)表征非穩(wěn)態(tài)過程進(jìn)行的深度,Fo越大，熱擾動(dòng)就能越深入地傳播到物體內(nèi)部，因而，物體各點(diǎn)的溫度就越接近周圍介質(zhì)的溫度。,3.2 集中參數(shù)法,（7） 時(shí)間常數(shù),單位：,3.2 集中參數(shù)法,（7） 時(shí)間常數(shù),應(yīng)用集中參數(shù)法時(shí)，物體過余溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系是一條負(fù)自然指數(shù)曲線，或者無因次溫度的對數(shù)與時(shí)間的關(guān)系是一條負(fù)斜率直線,3.2 集中參數(shù)法,（7） 時(shí)間常數(shù),物體的過余溫度已經(jīng)達(dá)到了初始過余溫度的36.8%，該時(shí)間稱為時(shí)間常數(shù),物體的熱容量,換熱條件,3.2 集中參數(shù)法,（8）集中參數(shù)法的應(yīng)用,以V/A為特征長度的Bi數(shù),常規(guī)Bi數(shù),平板,圓柱,球,集中 參數(shù) 法特 定,物體中最大與最小的過余溫度之差小于5%，對于一般工程計(jì)算，可以認(rèn)為整個(gè)物體溫度均勻。,3.2 集中參數(shù)法,對于球，,對流傳熱表面?zhèn)鳠嵯?/p>