第六章三传总结.ppt

1. 对流热量传输 将速度u分解为ux、uy、uz，单位时间内经A面流入质量： z y o A B x 则单位时间内A面流入的热量为： 经B面流出的热量： (1)-(2)并略去dx2二阶微量，得x方向的对流热量收支差量为： x方向：单位时间内由A面导入的热量： 由B面导出的热量为： (3)-(4)并略去dx2二阶微量，得x方向导热收支差量为： 2．导热热量传输 z y o A B x x方向对流传热热量收支差量为： x方向的导热热量收支差量为： 单位时间内x方向热收支差量为： 同理，单位时间内y、z方向热收支差量为： 单位时间内，元体的各表面的热量收支差量为： 4．元体热焓变化 流体的热焓变化体现在温度对时间的变化上，则元体热焓变化为： 3．元体内热源发热量 单位时间内，单位体积产生的内热为S(x, y, z, τ)，W/m3, 则元体内热源发热量为： [元体热量收、支差量] = [元体热焓变化量] 能量平衡微分方程 傅立叶—克希霍夫导热微分方程 傅立叶—克希霍夫导热微分方程的物理意义 傅立叶—克希霍夫导热微分方程描述了包括导热、对流的所有定态与不定态传热时的总的能量平衡关系 蓄热项 对流传热项 导热项 源项 在无内热源，及λ、cp、ρ为常数的条件下，傅立叶—克希霍夫导热微分方程可简化为： 柱坐标系： 球坐标系： 固体导热微分方程： 固体定态导热微分方程： 固体一维定态导热微分方程： 导热微分方程式的理论基础：傅里叶定律+能量守恒。它描写物体的温度随时间和空间变化的关系；没有涉及具体、特定的导热过程，为通用表达式。 单值性条件：确定唯一解的附加补充说明条件，包括四项：几何、物理、初始、边界条件 完整数学描述：导热微分方程 + 单值性条件 导热过程的单值性条件 几何条件：说明导热体的几何形状和大小，如：平壁或圆筒壁；厚度、直径等。 物理条件：说明导热体的物理特征如：物性参数 ?、cp和 ? 的数值，是否随温度变化；有无内热源、大小和分布； 初始条件：又称时间条件，反映导热系统的初始状态。表示为：t(x, y, z, 0) = f(x, y, z) 边界条件:反映导热系统在界面上的特征，也可理解为系统与外界环境之间的关系。 单值性条件 边界条件常见的有三类 (1) 第一类边界条件:该条件是给定系统边界上的温度分布，它可以是时间的函数，也可以为给定不变的常数值。 y O x x1 例： (2) 第二类边界条件:该条件是给定系统边界上的温度梯度，即相当于给定边界上的热流密度，它可以是时间的函数，也可以为给定不变的常数值 由傅立叶定律： 特例：绝热边界面： (3) 第三类边界条件:该条件是第一类和第二类边界条件的线性组合，常为给定系统边界面与流体间的换热系数和流体的温度，这两个量可以是时间的函数，也可以为给定不变的常数值 。 傅立叶定律： 牛顿冷却定律： 导热微分方程＋单值性条件＋求解方法 ?温度场 分离变量法、积分变换法、数值计算法 固体(静止流体)： 运动流体： 本章小结 重点：傅立叶导热定律，傅立叶—克希霍夫导热微分方程。 难点：微分方程式的推导。 强化传热和削弱传热 * * * 举例说明：炉子加热 * * * 第二篇 热量传输 热量传输的定义 热量传输： 当不同物体之间或同一物体的不同部位之间存在温度差时，所发生的热量传递现象，简称传热。 实际上，我们周围的物体往往由于自然或人为的原因而存在温度差，热量总是自发的从高温处传向低温处，因此，热量传输是一种非常普遍的自然现象。 热量传输的分类 按传热的基本方式分有：导热、对流、辐射。 包含两种以上传热方式的传热称为综合传热，工程中多数情况是综合传热。 导热 对流 辐射 导热（热传导） 定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。 可以在固体、液体、气体中发生 必须有温差 物体直接接触 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量 不发生宏观的相对位移 导热的特点 对流传热 定义：由于流体的相对宏观运动和混合而引起的热传递现象 tf ts ts＞tf 流向 工程上一般指具有相对位移的流体与所接触的固体壁面间的传热过程。 流体运动是对流传热的前提，此时仍有导热存在，从后面可知导热是对流传热的限制性环节。 辐射传热 定义：不需传热媒介，依靠电磁波的发射和吸收来传递热量的过程，即由物体本身具有的辐射性所引起的传热现象 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 → 电磁波能 → 物体热力学能 无论温度高