传热学(chapter4)..ppt

1、第4章 非稳态导热,第四章 非稳态导热 1、非稳态导热的基本概念 2、无限大平壁的瞬态导热 3、半无限大物体的瞬态导热 4、集总参数法 5、周期性非稳态导热,第4章 非稳态导热,非稳态导热：例如：在设备启动、停车、间歇运行等过程中，温度场随时间发生变化，热流也随时间发生变化，这样的导热过程称为非稳态导热。,1）基本特点:,非稳态过程必伴随加热或冷却的过程,分类：周期性和非周期性 特点：热流方向上热流量处处不等.,第4章 非稳态导热,3) 非稳态导热问题研究任务 A、确定物体内部不同时间下温度分布规律； B、确定物体内部某点达到预定温度所需时间； C、期间所需供给或取走的热量；,第4章 非稳态导

2、热,一平壁初始温度为t0，左侧表面温度突然升高为t1并保持不变。 存在两个阶段: a.初始阶段：右侧不参与换热，物体内分为非稳态导热规律控制区和初始温度区；,平壁非稳态导热过程：,第4章 非稳态导热,b.正规状况阶段： （1）温度变化到达右壁面后，初始温度分布的影响消失， （2）边界条件和材料本身的性质起主导作用， （3）并最后进入稳定状态。,第4章 非稳态导热,从左侧面导入的热流量1及从右侧面导出的热流量2随时间变化的曲线如右图。 在整个非稳态导热过程中，这两个截面上的热流量是不相等的，但随着过程的进行，其差别越来越小。,1板左侧导入的热流量 2板右侧导出的热流量 阴影部分代表平壁升温过程积

3、聚的能量。,区域面积？,起点位置？,第4章 非稳态导热,4) 边界条件对温度分布的影响 下图是一个大平板的冷却过程，画出了三种不同边界情况的温度分布曲线 讨论：（a）（b）（c）三种情况的特征？,？,？,第4章 非稳态导热,讨论：三者的差异性的统一表征量？,第4章 非稳态导热,导热热阻与换热热阻相比可得到一个无因次的数，称为毕渥数，即,它表征了给定导热系统内的导热热阻与和环境之间的换热热阻的对比关系。 上述三种情况则对应着,第4章 非稳态导热,曲线（a）表示平板外对流换热热阻 远大于平板内的导热热阻 , 物体内部温度近似均匀，温度场仅是时间的函数，与空间坐标无关。这样的非稳态导热系统称为集总参

4、数系统。,第4章 非稳态导热,曲线（c）表示平板外对流换热热阻 远小于平板内的导热热阻 。从曲线上看，物体内部温度变化比较大，而环境与物体边界几乎无温差，此时可以认为 即为第一类边界条件下的非稳态导热。,第4章 非稳态导热,曲线（b）表示平板外对流换热热阻 与于平板内的导热热阻 相差不大， 即为一般的第三类边界条件下的非稳态导热 。,2.无限大平壁的瞬态导热 分析解 1）分析解法 条件： 厚度 2 ，、a为常数；=0时温度为 t0； 突然放入温度为 t的流体中冷却；流体温度保持不变； 壁面与流体之间的表面传热系数为h； 两侧换热情况相同，所以温度对称分布，坐标原点建在平壁中心。,第4章 非稳态

5、导热,第4章 非稳态导热,讨论：,1、推导过程采用冷却方式，得到的结论 同样可以适应于加热。,2、从边界条件描述可以知道，该结论可用于 一侧绝热（h=0），一侧为第三类边界条件的情况。,3、Bi趋于无穷大时(h无穷大)，就变为t=tf的 第一类边界条件的非稳态解。,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,过余温度与中心过余温度的比值与时间没有关系， 即 的初始温度已经没有影响，说明进入了正 规状态阶段。,物体各点温度虽然随时间变化，但是物体各点的 过余温度的比值与时间无关，这是正规状态阶段 的特点,的温度分布适合正规状态阶段，不适合初始阶段,总结：,第4章 非稳态导热,第4

6、章 非稳态导热,P63，图4.8,P64，图4.9,P64，图4.10,配合，图4.8、4.9使用,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,正规状态阶段规律分析：,Bi，与边界条件有关,与位置有关,当给定第三类边界条件（Bi）和位置（x）后，K和m是常量。即过余温度对数值与时间是线性关系,而此处的过余温度 是从正规阶段得到的，因此，该结论用于正规阶段,温度分布求解过程,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章

7、非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,最后解,能量的求解,正规状态温度 （取第一项）,第4章 非稳态导热,3、半无限大物体的非稳态导热过程,半无限大物体：只有有一个边界面，在其深度方向无限延展的物体。,地下建筑物壁体； 有限厚度平板，在研究时间内，平板另外一侧没有受到影响，维持初始温度；,对象：,半无限大物体初始温度,模型描述,边界条件？,1、常热流密度边界条件 2、周期性温度波动边界条件,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,时间？,温度随时间的影响范围,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,周期性非稳态导热现象(周期性、衰减性、延迟性),第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,周期性,延迟时间,衰减性,延迟角度,角速度,第4章 非稳态导热,延迟时间,表面波幅,衰减后的波幅,边界点,内部点,周期性,第4章 非稳态导热,周期性变化的壁面热流,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,集总参数法-Bi,能量值：,能量增加量：,讨论：负号？,第4章 非稳态导热,过余温度分布规律,第4章 非稳态导热,以初始温度变化率的速度 ，从初始温度 变化到流体温度 所需要的时间,第4章 非稳态导热,第4章 非稳态导热,说明无量纲过余