第三章非稳态导热-燕山大学教务在线概述.pptVIP

§3-2 集总参数法 §3-3 无限大平板的加热或冷却 §3-4 半无限大物体的非稳态导热 “半无限大物体”： 研究热流方向仅沿着x流动的导热问题。 一维非稳态导热问题 工程应用：大部件的表面淬火。 四周被绝热的长杆，初始温度均匀一致，一端被冷 却或加热时，也是一种等效的半无限大物体。 当 后，只采用级数的第一项进行简化计算，误差小于1% ： （Why： 是减函数 , ） (3-9) (3-10) 由式(3-9)，当 后，平板中任意一点的过余温度与平板 中心的过余温度之比为： 比值与时间无关，初始条件的影响已经消失。 正规阶段 (3-1) (3-2) 工程上常利用正常情况阶段的特点来测定材料的 热物性参数，如导温系数、比热容或导热系数。 测同一点不同时刻的 值，利用关系式求物性值。 圆柱体和球体的计算：作为一维非稳态问题也可以用 分离变量法求解。参考有关文献。 诺模图： 按分析解的级数第一项而绘制的。使用条件： 无限大平板中心温度线算图 图3-8 无限大平板的 曲线 由式： 板内某点、某时刻的温度 平板单位面积的换热量计算： (3-10) 由式： 画出曲线图如下： 图3-9 无限大平板的曲线 查出 的值，计算出 值后，可以求得 的值。 诺模图：简捷方便，计算的准确度受到有限的图线的影响。 通过编程直接应用分析解来计算 或 直接采用数值计算。 * 第三章 非稳态导热 unsteady state heat conduction 3-1 非稳态导热过程的特点 一、定义 导热体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热 工程中的许多过程都是非稳态导热： 冶金、热处理和热加工；工件被加热和冷却； 锅炉、内燃机、燃气轮机等装置启动、停机、变工况； 自然环境温度，供暖和停暖过程中墙内与室内空气温度。 原因：边界条件，内热源发生了变化 二、非稳态导热过程及分类 非稳态导热过程：周期性和非周期性（瞬态导热） 周期性非稳态导热：物体温度按照一定的周期发生变化。 例如：墙体温度的昼夜变化 非周期性非稳态导热（瞬态导热）：物体温度随时间的推 移趋近于恒定的值 。 例如：热铁块投入凉水中 非稳态导热过程温度变化曲线 三、非稳态态导热过程的特点 λ 物体表面层最先受热，然后由表及里地逐渐传播到物体内部。理论上经过 无限长时间后，物体内各处温度趋于一致，此时达到新的热平衡状态。 钢棒和木棒的次端哪一个温度变化剧烈？ 如果两者的导热系数相同，但是ρ，Cp不同，又有何影响？ 思考： 影响平壁内温度变化快慢的因素是什么？ 反映了物体的导热能力和储热能力之比，它可以用来衡量物体在加热或冷却时内部温度变化传播速度。 λ越大，说明在相同的温度梯度下可以传递更多的热量； 越小，单位体积的物体温度升高1℃所需要的热量越小，可以剩下更多的热量继续向物体内部传递，使得物体内部各点温度趋于一致的能力提高。 四、导温系数（热扩散系数） 五、毕渥准则对温度分布的影响 tf tf tf tf tf tf t0 t0 t0 τ τ τ Bi→∞ Bi→0 Bi为有限大小 毕渥数Bi对平板温度场变化的影响 六、物体加热、冷却时其内部温度场变化的三个阶段 不规则状况阶段——过程开始时，初始温度的影响 正规阶段——物体内各点的温度变化具有一定规律 新的稳态阶段 七、非稳态导热的研究目的 温度分布和热流量分布随时间和空间的变化规律 非稳态导热的导热微分方程式： 求解方法：分离变量法、积分变换法 近似分析法：集总参数法、积分法、瑞利-里兹法 数值解法：有限差分法、有限元法 基本思想：对任意形状的物体，忽略物体内部的导热 热阻，认为物体温度均匀一致的分析方法。 温度t只是时间τ的函数，与坐标无关 －－零维问题。 使用条件： 体积V 表面积F 物性ρ、cp、λ 温度 导热体 流体 Q 已知：任意形状的物体 求： Q 体积V 表面积F 物性ρ、cp、λ 温度 导热体 流体 Q 解