传热学课件第三章___非_稳_态_导_热.pptVIP

第三章 非 稳 态 导 热 第一节 非稳态导热的基本概念 第二节 集中参数法 第三节 典型一维物体非稳态导热 第四节 半无限大物体非稳态导热 第五节 其它形状物体的瞬态导热 第一节 非稳态导热的基本概念 一、分类 物体的温度随时间而变化的导热过程叫非稳态导热。根据物体的温度随时间而变化的特征可分为两类： 周期性非稳态导热 非周期性非稳态导热（又称为瞬态导热） 二、非周期性非稳态导热（瞬态导热） 指物体温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值。 1.举例说明其过程特点：以采暖设备给室内供热为例，分析墙内各点温度及热流密度的变化情况。 1.已知： a.墙外tf2始终保持不变； b.初始时刻，室内空气温度tf1/、墙体各点温度tw1/、ta/、tb/、tc/、tw2/均稳定； c.供暖设备工作后，室内空气因热容小温度很快上升到tf1//并保持稳定。 2.问：墙内各点温度及热流密度如何变化？ 第一节 非稳态导热的基本概念 3.墙内各处温度的变化： a.开始，因为tf1的上升→内墙表面温度直线上升，靠近内墙的墙体温度上升，而此时，a、b、c及外墙在短促时间内可认为不发生变化； b.随着时间的推移，a、b、c处的温度分别自?a、?b、?c时刻后开始上升； c.外墙tw2自?0时刻后开始上升； d.当各点t上升至“//”状态后，室内对内墙的对流换热量等于外墙的换热量，即达到新的稳态阶段。 二、非周期性非稳态导热（瞬态导热） 1.举例说明其过程特点： 第一节 非稳态导热的基本概念 二、非周期性非稳态导热（瞬态导热） 1.举例说明其过程特点： 3.墙内各处温度的变化： 第一节 非稳态导热的基本概念 4.墙内外表面热流密度的变化： a.内墙表面开始时，因温差大，q1呈直线上升（图中AB段），由于tw1先快后慢地上升，导致q1也先快后慢地下降，直至q//不变，达到新的稳态阶段； b.外墙表面开始因tw2未变，故先保持不变（图中AD段），后来由于tw2先快后慢地上升，导致q2也先快后慢地上升，直至q//不变，达到新的稳态阶段。 5.图中阴影面积：墙体热力学能的增加（蓄热）。 二、非周期性非稳态导热（瞬态导热） 1.举例说明其过程特点： 第一节 非稳态导热的基本概念 二、非周期性非稳态导热（瞬态导热） 2.物体非稳态导热过程的温度分布可分为两种类型 ①非正规状况阶段：在初始阶段，物体内各点的温度主要受初始温度的控制，随时间变化率是不一样的，即各点的?t/??均不相同，且无规则； ②正规状况阶段：一定时间后，初始温度的影响逐渐消失，物体的温度主要受热边界条件的影响，?t/??虽不一定相同，但有一定的规律可循。 一般，物体的整个非稳态导热过程主要处于正规状况阶段，其温度分布是我们主要讨论内容。 第一节 非稳态导热的基本概念 3、非稳态导热的基本特点 ①. ，这意味着任何非稳态导热过程必然伴随着加热 或冷却过程。 ②.在非稳态导热过程中，热量传递方向上的不同位置的导热量是不同的。 ③.非稳态导热过程数学描写： 数学上可以证明其解t=f(x,y,z，τ）是唯一的。 第一节 非稳态导热的基本概念 4、非稳态导热的三种情形 设一块厚2δ的金属平板，初始温度为 ，突然将它置于温度为 的流体中冷却，表面换热系数为h，平板的导热系数为λ。根据平板的导热热阻与表面对流换热热阻的相对大小，其温度分布有三种情形。P116图3-4 ① 即 见图3-4a，由于表面换热热阻可以忽略，一开始平板表面温度就被冷却到 ， 随着时间的推移，平板内各点的温度逐渐下降而趋近于 。 ② 即 见图3-4b，由于平板导热热阻可以忽略，任一时刻各点的温度一致，即t=f(τ),并随时间的推移整体下降，逐渐趋近于 。 ③当两种热阻的数值比较接近，即Bi 为有限值时，其温度分布见图3-4c。 第二节 集中参数法 一、集中参数法的实质： 当Bi≤0.1时，可忽略物体内部导热热阻而认为其内部温度场均匀一致，此时的温度为 而与空间坐标无关。此简化分析方法称为集中（总）参数法。因为物体的温度与空间坐标无关，故集总参数法容易处理形状不规则的物体。 二、数学描写： 已知：任意形状物体，?、c、?、体积V，参加换热的全表面积A，流体tf、h，初始时t|?=0=t