【文章內(nèi)容簡介】 多層 ：溫度分布；熱流量；界面溫度的求解； 單位長度熱阻 :（ 1）導(dǎo)熱熱阻 （ 2）對(duì)流給熱熱阻 ? 對(duì)于有內(nèi)熱源的情況： 溫度分布，熱通量或熱流量均不為常數(shù) 熱阻分析法的適用范圍：一維、穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源的情況。 臨界絕熱層： d??112ln21dd??? ?iii dd 1ln21??d??122??xcd ?一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 內(nèi)容結(jié)構(gòu) 2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 （ 1）定義及分類 （ 2）溫度變化的不同階段 （ 3）溫度分布和熱量變化 （ 4）學(xué)習(xí)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的目的 （ 5）兩個(gè)相似準(zhǔn)數(shù) 3 薄材的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 （ 1）定義 （ 2）溫度分布 （ 3）熱流量 （ 4）集總參數(shù)法的應(yīng)用條件 （ 5）例題 4 半無限大的物體 （ 1）求解 （ 2）查圖 （ 3）例題 1 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 （ 1）概述 （ 2）單層平壁的導(dǎo)熱 （ 3）多層平壁的導(dǎo)熱 （ 4）關(guān)于平壁的例題 （ 5）單層圓筒壁的導(dǎo)熱 （ 6） N層圓筒壁的導(dǎo)熱 （ 7）關(guān)于圓筒壁的例題 （ 1）概念 （ 2）求解過程 （ 3）例題 5 有限厚物體的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 1） 定義及分類 ? 非穩(wěn)態(tài) ： t=f(r,τ) ? 非穩(wěn)態(tài)的分類 ： a. 周期性非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 ， 即 物體的溫度隨時(shí)間而作 周期性的變化 ； b. 瞬態(tài)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 ， 物體的溫度隨時(shí)間的推移 逐漸趨近 于恒定的值 。 ? 著重討論 瞬態(tài)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 。 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 2） 溫度變化和不同階段 ? 溫度變化 ： 隨時(shí)間變化。 ? 兩個(gè)不同的階段 ： a. 非正規(guī)狀況階段 (不規(guī)則情況階段 )→ 溫度分布主要受初始溫度分布控制 ； b. 正規(guī)狀況階段 (正常情況階段 ) → 溫度分布主要取決于邊界條件及物性 。 ? 導(dǎo)熱過程的三個(gè)階段 ： 非正規(guī)狀況階段 (起始階段 )、 正規(guī)狀況階段 、 新的穩(wěn)態(tài) 。 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 3） 溫度分布和熱量變化 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度分布 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的熱量變化 Dt 1t 0HCBAEFGΦ1－－板左側(cè)導(dǎo)入的熱流量 Φ2－－板右側(cè)導(dǎo)出的熱流量 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 4） 學(xué)習(xí)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的目的 ? 溫度分布和熱流量分布隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律 ? 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的導(dǎo)熱微分方程式 ? 求解方法 ：分析解法、近似分析法、數(shù)值解法 分析解法 ：分離變量法 、 積分變換 、 拉普拉斯變換； 近似分析法 ：集總參數(shù)法 、 積分法； 數(shù)值解法 ：有限差分法 、 蒙特卡洛法 、 有限元法 、 分子動(dòng)力學(xué)模擬 ； ) 。 ),( ?? f(Φz(mì)yxft ????????????????????? ?)()()( ztzytyxtxtc ?????一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 5） 兩個(gè)相似準(zhǔn)數(shù) ?影響物體溫度變化速度的熱物性參數(shù)有 λ、 ρ、 cp、 a等。主要的準(zhǔn)數(shù)有： 傅立葉準(zhǔn)數(shù)和畢渥準(zhǔn)數(shù) 。 ?傅立葉數(shù) ： ?分母表示邊界上發(fā)生的熱擾動(dòng)擴(kuò)散到 s2面積上所需的時(shí)間。Fo越大，熱擾動(dòng)就能越深入地傳播到物體內(nèi)部，因而，物體各點(diǎn)的溫度就越接近周圍介質(zhì)的溫度。 ?傅立葉數(shù)反映了無量綱的時(shí)間對(duì)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的影響。對(duì)于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱， Fo沒有意義。 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 5） 兩個(gè)相似準(zhǔn)數(shù) tf h tf h x t ? ? 0 ?畢渥準(zhǔn)數(shù)是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中另外一個(gè)非常重要的準(zhǔn)數(shù)。 ?問題的分析 (以第三類邊界條件為重點(diǎn) ) ? 如圖所示 ， 存在兩個(gè)換熱環(huán)節(jié) : a. 流體與物體表面的對(duì)流換熱環(huán)節(jié) ，rh=1/h； b. 物體內(nèi)部的導(dǎo)熱 rλ=δ/λ； ?畢渥數(shù)的定義： ?Bi數(shù)對(duì)溫度分布的影響： 當(dāng) Bi→∞ 時(shí)， rλrh，因此，可以忽略對(duì)流換熱熱阻； 當(dāng) Bi→0 時(shí)， rλrh，因此，可以忽略導(dǎo)熱熱阻。 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 Bi 準(zhǔn)數(shù)對(duì)無限大平壁溫度分布的影響 ? 由于面積熱阻與導(dǎo)熱熱阻的 相對(duì)大小 的不同，平板中溫度場的變化會(huì)出現(xiàn)以下三種情形： 2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 5） 兩個(gè)相似準(zhǔn)數(shù) 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 ?當(dāng) 1/h δ/λ,Bi→∞ ， 這時(shí) ， 由于表面對(duì)流換熱熱阻 1/h幾乎可以忽略 ， 因而過程一開始平板的表面溫度就被冷卻到 t∞。 并隨著時(shí)間的推移 ， 整體地下降 ， 逐漸趨近于 t∞ 。 ? 當(dāng) δ/λ1/h， Bi→ 0， 這時(shí) ， 平板內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻 δ/λ幾乎可以忽略 ， 因而任一時(shí)刻平板中各點(diǎn)的溫度接近均勻 ，并隨著時(shí)間的推移 ， 整體地下降 ， 逐漸趨近于 t∞。 2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 5） 兩個(gè)相似準(zhǔn)數(shù) 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 ?δ/λ與 1/h的數(shù)值比較接近 , 這時(shí)，平板中不同時(shí)刻的溫度分布介于上述兩種極端情況之間。 ?由此可見，上述兩個(gè)熱阻的相對(duì)大小對(duì)于物體中非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度場的變化具有重要影響。為此，我們引入表征這兩個(gè)熱阻比值的無量綱數(shù) 畢渥數(shù) 。 ??? Bi02 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 5） 兩個(gè)相似準(zhǔn)數(shù) 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 內(nèi)容結(jié)構(gòu) 2 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 （ 1）定義及分類 （ 2）溫度變化的不同階段 （ 3）溫度分布和熱量變化 （ 4）學(xué)習(xí)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的目的 （ 5）兩個(gè)相似準(zhǔn)數(shù) 3 薄材的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 （ 1）定義 （ 2）溫度分布 （ 3）熱流量 （ 4）集總參數(shù)法的應(yīng)用條件 （ 5）例題 4 半無限大的物體 （ 1）求解 （ 2）查圖 （ 3）例題 1 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 （ 1）概述 （ 2）單層平壁的導(dǎo)熱 （ 3）多層平壁的導(dǎo)熱 （ 4）關(guān)于平壁的例題 （ 5）單層圓筒壁的導(dǎo)熱 （ 6） N層圓筒壁的導(dǎo)熱 （ 7）關(guān)于圓筒壁的例題 （ 1）概念 （ 2）求解過程 （ 3）例題 5 有限厚物體的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 3 薄材的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 1） 定義 ? 薄材的內(nèi)部熱阻可忽略，其溫度場與空間坐標(biāo)無關(guān)，只是時(shí)間的函數(shù)，即 t=f(τ)，因此也稱為 零維問題 。 ? 薄材 不是一個(gè)純幾何概念 ，判斷物體是否為薄材的標(biāo)準(zhǔn)是 Bi。 ? 例：粘土磚和鋼板分別厚 2cm和 20cm， λ分別為℃ 和 52W/m℃ ，與空氣的換熱系數(shù) α分別為31W/m2℃ 和 ℃ ，問哪個(gè)是薄材？ ? 解： Bi粘土磚 ＝ ， Bi鋼板 ＝ 一維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 3 薄材的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 — （ 2） 溫度分布