传热学第三章-非稳态导热-课件word版本.ppt

《传热学第三章-非稳态导热-课件word版本.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、传热学HeatTransfer既是空间的函数有是时间的函数3-1非稳态导热的基本概念物体的温度随时间而变化的导热过程传热学HeatTransfer工程上几种典型的非稳态导热过程温度变化率的数量级，在该图坐标的高端，即极高速非稳态导热区域（例如短脉冲高强度激光处理）应当考虑非fourier导热的影响传热学HeatTransfer非周期性非稳态导热：物体的温度随时间不断地升高（加热过程）或降低（冷却过程），在经历相当长时间后，物体温度逐渐趋近于周围介质温度。一、非稳态导热的分类非周期性周期性非稳态导热传热学HeatTransfer二、特

2、点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HeatTransfer传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer存在着有区别的两个不同阶段是这一类非周期性非稳态导热问题与周期性非稳态导热问题的一个重要特点。传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer周期性非稳态导热在周期性非稳态导热问题中，一方面物体内部各处的温度按照一定的振幅随时间周期的波动；另一方面，同一时刻物体内的温度分布也是周期性波动的。

3、传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer3-2无限大平壁的瞬态导热当所遇到的非稳态导热问题毕渥数大于0.1，或者研究目的就是要确定物体内部温度的差异，此时，就不能将问题简化为集总体来处理了。这时，可以采用如第二章对一维稳态导热的分析解法，或者采用后面第四章要介绍的数值解法。本节主要介绍一维非稳态导热分析解的结果，及由解的结果给出的实际计算方法。传热学HeatTransfer一、无限大平板的分析解厚度2的无限大平壁，、a为

4、已知常数，=0时温度为t0，突然将其放置于侧介质温度为t并保持不变的流体中，两侧表面与介质之间的表面传热系数为h。1.物理问题描述2δh,t∞h,t∞传热学HeatTransfer2、数学描述由于平板对称，因此只取平板的一半进行研究，以平板的中心为坐标原点建立坐标系，如图所示。传热学HeatTransfer为了求解上的方便，引入过余温度传热学HeatTransfer傅里叶数—无量纲时间无量纲距离解的结果是级数求和的形式—公式（3-21），将结果可以整理成如下无量纲量表达的形式。毕渥数—表示内部导热热阻与表面对流换热热阻相对大小3

5、.解的结果传热学HeatTransfer傅里叶数的物理意义：Fo为两个时间之比，是非稳态导热过程的无量纲时间。毕渥数的物理意义：Bi为物体内部的导热热阻与边界处的对流换热热阻之比。由无量纲数学模型可知，是Fo、Bi、X三个无量纲参数的函数确定此函数关系是求解该非稳态导热问题的主要任务。传热学HeatTransfer解的函数形式为无穷级数，式中是下面超越方程的根根有无穷多个，是Bi的函数。无论Bi取任何值，都是正的递增数列，的解是一个快速收敛的无穷级数。由解的函数形式可以看出，确实是Fo、Bi、X三个无量纲特征数的函数传热学He

6、atTransfer计算表明，当傅里叶数Fo0.2后，对于公式（3-9），只取级数的第一项计算和完整计算误差很小。并且平板中任一点的过余温度与平板中心的过余温度之比只与几何位置和边界条件有关，而与时间无关。这表明，初始条件的影响已消失，通常将这一阶段定义为非稳态导热过程的正规状况阶段。正常情况阶段—Fo准则对温度分布的影响Fo<0.2则是瞬态温度变化的初始阶段或非正规状况阶段。传热学HeatTransfer对于无限大平板按如下公式和图3-6、3-7和3-8计算。正规状况阶段的实用计算方法1.采用近似拟合公式2.采用海斯勒图等计算图

7、线平板中心的过余温度传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer因为，所以将式3-10左、右两边取对数，可得m为一与时间、地点无关的常数，只取决于第三类边界条件、平壁的物性与几何尺寸。式中式右边的第二项只与Bi、x/有关，与时间无关。上式可改写为传热学HeatTransfer该式说明，当Fo0.2时，即时，平壁内所有各点过余温度的对数都随时间线性变化，并且变化曲线的斜率都相等，这一温度变化阶段称为非稳态导热的正规状况阶段。上式两边求导，可得m的物理意义是过余温度对时间的相对变化率，

8、单位是1/s，称为冷却率（或加热率）。上式说明，当Fo0.2，进入正规状况阶段后，所有各点的冷却率都相同，且不随时间而变化，其大小取决于物体的物性、几何形状与尺寸及表面传热系数。传热学HeatTransfer传热学HeatTrans