《传热学》第三章非稳态热传导.pdf

稳态热传导 • 深入讨论热量传递三种基本方式的规律。为了解决工程中的 传热问题，必须能够：1）准确地计算所研究过程中传递的 热流量；2）准确地预测物体中的温度分布。其中预测温度 分布是关键。 • 首先引出导热基本定律的最一般的数学表达式，然后介绍导 热微分方程及相应的初始条件，它们构成了导热问题完整的 数学描写。 • 在此基础上，针对几个典型的一维导热问题进行分析求解， 以获得物体中的温度分布和热流量的计算式。肋片是工程技 术中广泛采用的增加换热表面积的有效方法，本章将分析肋 片的导热问题并给出几个应用实例。具有内热源的导热在核 反应堆等工程领域应用较广，对一维的问题进行分析。最后 简要介绍多维问题导热问题温度分布的求解方法以及导热量 的计算方法。 第3章 非稳态导热 许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化， 或确定其内部温度到达某一限值所需的时间。——非稳态导热 问题 本章讨论非稳态导热问题。首先简述非稳态导热的基本概念， 然后由简单到复杂依次介绍零维问题、一维问题、半无限大物 体以及多维问题的导热微分方程的分析解法。最后总结求解非 稳态导热问题的一般策略以及应用实例。 与稳态导热类似，非稳态导热主要掌握基本概念、确定物体瞬 时温度场的方法和在一段时间间隔内物体所传到热量的计算方 法。 教学内容与要求 【教学内容要点】 • 1、非稳态导热的概念和特点 • 2、集中参数法的处理方法 • 3、一维非稳态热传导问题的分析解 • 4、简单多维非稳态问题的分析解 • 5、半无限大物体的分析解 【教学要求】 • 1、理解非稳态导热的定义和正规状况阶段和非正规状况阶段的定义及特点 • 2、掌握Bi数和Fo数的定义和表达式 • 3、掌握Bi数对第三类边界条件无限大平板非问题导热的影响 • 4、掌握集中参数法的适用条件和计算方法 • 5、了解一维非稳态热传导问题的分析解 • 6、掌握用查诺莫图求解一维和多维非稳态热传导的方法 • 7、了解半无限大物体的概念和分析解 第3章 非稳态导热 3-1 非稳态导热基本概念 3-2 零维问题的分析法-集中参数法 3-3 典型一维物体非稳态导热问题的分析解 3-4 半无限大物体的非稳态导热 3-5 简单几何形状物体多维非稳态导热的分析解 3.1 非稳态导热的基本概念 3.1.1 非稳态导热过程及其特点 物体的温度随时间而变化的导热过程为非稳态导 热。 自然界和工程上许多导热过程为非稳态，t= f(τ) 例：冶金、热处理与热加工中工件被加热或冷却； 锅炉、内燃机等装置起动、停机、变工况；自然环 境温度；供暖或停暖过程中墙内与室内空气温度。 2 非稳态导热的分类 周期性非稳态导热：物体的温度随时间而作周期 性的变化 非周期性非稳态导热（瞬态导热）：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，最终达到热平衡。 物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值． 着重讨论瞬态非稳态导热。 • 非稳态导热过程中在热量传递方向上不同位置 处的导热量是处处不同的；不同位置间导热量 的差别用于（或来自）该两个位置间内能随时 间的变化，这是区别与稳态导热的一个特点。 • 对非稳态导热一般不能用热阻的方法来作问题 的定量分析。 3 温度分布 4 两个不同的阶段 非正规状况阶段 温度分布主要 (不规则情况阶段) 受初始温度分 布控制 正规状况阶段 温度分布主要 (正常情况阶段) 取决于边界条 导热过程的三个阶段 件及物性 非正规状况阶段（起始阶段）、正规状况阶段、新的稳态 二类非稳态导热的区别：瞬态导热存在着有区别的 两个不同阶段，而周期性导热不存在。 5 热量变化