【教学课件】第三章非稳态导热.ppt
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1、第三章第三章非稳态导热非稳态导热、重点内容:、重点内容:非稳态导热的基本概念及特点;非稳态导热的基本概念及特点;集总参数法的基本原理及应用;集总参数法的基本原理及应用;一维及二维非稳态导热问题。一维及二维非稳态导热问题。2、掌握内容:、掌握内容:确定瞬时温度场的方法;确定瞬时温度场的方法;确定在一时间间隔内物体所传导热确定在一时间间隔内物体所传导热 量的计算方法。量的计算方法。3、了解内容:、了解内容:无限大物体非稳态导热的基本特点。无限大物体非稳态导热的基本特点。3-1 非稳态导热的基本概念非稳态导热的基本概念1 非稳态导热的定义非稳态导热的定义 物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导物
2、体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。热。2 非稳态导热的分类非稳态导热的分类周期性非稳态导热:周期性非稳态导热:物体的温度随时间而作周期物体的温度随时间而作周期性的变化性的变化 瞬态非稳态导热:瞬态非稳态导热:物体的温度随时间的推移逐渐物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值趋近于恒定的值 着重讨论瞬态非稳态导热着重讨论瞬态非稳态导热 3 温度分布:温度分布:4 两个不同的阶段两个不同的阶段 非正规状况阶段非正规状况阶段(右侧面不参与换热右侧面不参与换热):温度温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布,即:在此阶段
3、物体温度分初始温度区的混合分布,即:在此阶段物体温度分布受布受 t t 分布的影响较大分布的影响较大 正规状况阶段正规状况阶段(右侧面参与换热右侧面参与换热):当右侧面当右侧面参与换热以后,物体中的温度分布不受参与换热以后,物体中的温度分布不受 to to 影响,影响,主要取决于边界条件及物性,此时,非稳态导热主要取决于边界条件及物性,此时,非稳态导热过程进入到正规状况阶段。过程进入到正规状况阶段。非非正正规规状状况况阶阶段段(起起始始阶阶段段)、正正规规状状况况阶阶段、新的稳态段、新的稳态导热过程的三个阶段导热过程的三个阶段二类非稳态导热的区别:二类非稳态导热的区别:前者存在着有区别前者存在
4、着有区别的两个不同阶段,而后者不存在。的两个不同阶段,而后者不存在。5 热量变化热量变化1 1板左侧导入的热流量板左侧导入的热流量2 2板右侧导出的热流量板右侧导出的热流量6 学习非稳态导热的目的:学习非稳态导热的目的:(1)(1)温温度度分分布布和和热热流流量量分分布布随随时时间间和和空空间间的的变变化规律化规律(2)(2)非稳态导热的导热微分方程式:非稳态导热的导热微分方程式:(3)(3)求解方法:求解方法:分析解法、近似分析法、数值解法分析解法、近似分析法、数值解法分析解法:分析解法:分离变量法分离变量法、积分变换、拉普、积分变换、拉普拉斯变换拉斯变换近似分析法:近似分析法:集总参数法集
5、总参数法、积分法、积分法数值解法:数值解法:有限差分法有限差分法、蒙特卡洛法、有、蒙特卡洛法、有限元法、分子动力学模拟限元法、分子动力学模拟7、讨论物体处于恒温介质中的第三类边界条、讨论物体处于恒温介质中的第三类边界条件问题件问题 在第三类边界条件下,确定非稳态导热物体中的在第三类边界条件下,确定非稳态导热物体中的温度变化特征与边界条件参数的关系。温度变化特征与边界条件参数的关系。已知:已知:平板厚平板厚 、初温、初温 、表面传热系数、表面传热系数 h h、平板导热系数平板导热系数 ,将其突然置于温度为,将其突然置于温度为 的的流体中冷却。流体中冷却。由于面积热阻与的相对大小的不同,平板中温度
6、场由于面积热阻与的相对大小的不同,平板中温度场的变化会出现以下三种情形:的变化会出现以下三种情形:(1)这时,由于表面对流换热热阻这时,由于表面对流换热热阻 几乎可以几乎可以忽略,因而过程一开始平板的表面温度就被冷却忽略,因而过程一开始平板的表面温度就被冷却到到 。并随着时间的推移,整体地下降,逐渐。并随着时间的推移,整体地下降,逐渐趋近于趋近于 。(2)这时,平板内部导热热阻这时,平板内部导热热阻 几乎可以忽略,几乎可以忽略,因而任一时刻平板中各点的温度接近均匀,并随因而任一时刻平板中各点的温度接近均匀,并随着时间的推移,整体地下降,逐渐趋近于着时间的推移,整体地下降,逐渐趋近于 。这时,平
7、板中不同时刻的温度分布介于上述这时,平板中不同时刻的温度分布介于上述两种极端情况之间。两种极端情况之间。(3)与与 的数值比较接近的数值比较接近 由此可见,上述两个热阻的相对大小对于物体由此可见,上述两个热阻的相对大小对于物体中非稳态导热的温度场的变化具有重要影响。为此,中非稳态导热的温度场的变化具有重要影响。为此,我们引入表征这两个热阻比值的无量纲数我们引入表征这两个热阻比值的无量纲数毕渥数毕渥数:1 1)毕渥数的定义:)毕渥数的定义:毕渥数属特征数(准则数)。毕渥数属特征数(准则数)。2 2)Bi Bi 物理意义:物理意义:Bi Bi 的大小反映了物体在的大小反映了物体在非稳态条件下内部温
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