优选非稳态导热传热学课件

合集下载

传热学第3章非稳态导热

传热学第3章非稳态导热
5、热量变化 Φ1--板左侧导入的热流量 Φ2--板右侧导出的热流量
(1)两个阶段的过程是有区别的;
(2)与热流方向向垂直的截面上热流量处处不等。
◆对于非稳态导热一般不能用热阻的方法来做问题的定量分析。
2020/5/3 - 5 -
第3章 非稳态导热——§3-1 非稳态导热的基本概念
6、非稳态导热问题的求解 (1) 温度分布和热流量分布随时间和空间的变化规律
t
tf
tf
h
h
0
x
t
tf
h
0
x
2020/5/3 - 7 -
第3章 非稳态导热——§3-1 非稳态导热的基本概念
(3) 第三类边界条件下Bi数对平板内温度分布的影响
Bi r h
rh
1h
无量纲数
无量纲数的简要介绍:
基本思想:当所研究的问题非常复杂,涉及到的参数很多,为了减少问题所涉
及的参数,于是人们将这样一些参数组合起来,使之能表征一类物理现象,或物 理过程的主要特征,并且没有量纲。
Bi r h
rh 1 h
当 Bi 时, 当 Bi 时0,
,r因此,r可h 以忽略对流换热热阻 ,r因 此,可rh以忽略导热热阻
0 Bi
2020/5/3 - 9 -
第3章 非稳态导热——§3-2 集中参数法
§3-2 零维问题的分析法——集中参数法
3.2.1 集中参数法温度场分布的解析解
]
J
s
2020/5/3 - 13 -
第3章 非稳态导热——§3-2 集中参数法
即与 1/
的量纲相同,当
Vc
hA
时,则
hA 1 Vc
此时,
e1 36.8% 0

非稳态传热_传热学.最全PPT

非稳态传热_传热学.最全PPT
二类非稳态导热的区别:瞬态导热存在着有区别 的三个不同阶段,而周期性非稳态导热不存在。
t
四、边界条件对温度分布的影响 tf
一大平壁置于高温环境中。
h
tf h
问题的分析: 存在两个传热环节:
0
x
1、 流体与物体表面的对流换热
2、 物体内部的导热
r
rh 1 h
rh
r
tf
tw
tm
t
存在3种情况:
Biv
Fov
Biv
h(V
A)
Bi h
Fov (V
A)2
/
a
换热时间 热扰动扩散到(V A)2面积所用的时间
t t
hA
e vc eBivFov
0 t0 t
瞬态热流量:
hA
h A h A0 e vc
0~ 内传给流
体的总热量:
Q
0
d
0
hA
hA0e vc d
一、无限大平板的分析解
1、问题描述
λ=const a=const
h=const
因两边对称,只研究半块平壁
2、数学模型
t 2t
tx,0at0x2
导热微分方程
初始条件
t x
|x0
0
边界条件
t x
|x
ht
,
t
引入过余温度 t t
x,0ax202 t0 t
x
|x0
0
x
| x
h ,
3、求解(用分离变量法)
假设 x, x
a
2
x 2
x d
d
a
d 2
dx2

最新[传热学]第三章-非稳态导热-1PPT课件

最新[传热学]第三章-非稳态导热-1PPT课件

0
x
远大于平板内的导热热阻 /, 即 1/h /
从曲线上看,物体内部的温度几乎是均匀的,这也就说物 体的温度场仅仅是时间的函数,而与空间坐标无关。我们 称这样的非稳态导热系统为集总参数系统(一个等温系统 或物体)。
曲线(a)表示平板外环境的换热热阻 1/ h
远大于平板内的导热热阻 / , 即
1/h /
下图表示一个大平板的加热过程,并画出在某一时刻的三 种不同边界情况的温度分布曲线(a)、(b)、(c)
(b) (c) t t∞
(a)
x
0
x
此图的实质,是表明在第三类边界条
(b) (c) t
件下可能的三种温度分布。
t∞
按照传热关系式 qttw twt (a)
1h
可作一近似的分析。
曲线(a)表示平板外环境的换热热阻1/ h x
这里, Fov 是傅立叶数。
考察指数项
hA cV
BViFoV
hl l
Bi
1h
= 物体内部导热热阻 物体表面对流换热热阻
无量纲 热阻
换 热 时 间
无量纲
F o l2a 边 界 热 扰 动 扩 散 到 l2 面 积 上 所 需 的 时 间 时间
Biv越小,表示内部热阻小或外部热阻大,则内部温度就
非稳态导热可分为
周期性非稳态导热 非周期性非稳态导热(瞬态导热)
周期性非稳态导热:在周期性变化边界条件下发生的导热过
程,物体温度按一定的周期发生变化。在周期性非稳态导热 的物体中,一方面,物体内各处的温度按一定的振幅随时间 周期性地波动;另一方面,同一时刻物体内的温度分布也是 周期性波动。
非周期性非稳态导热:在瞬间变化的边界条件下发生的导热

第三章 非稳态导热传热学

第三章 非稳态导热传热学
基本思想: 基本思想:当所研究的问题非常复杂, 当所研究的问题非常复杂,涉及到的参数很多, 涉及到的参数很多, 为了减少问题所涉及的参数, 为了减少问题所涉及的参数,于是人们将这样一些参数组合 起来, 起来,使之能表征一类物理现象, 使之能表征一类物理现象,或物理过程的主要特征, 或物理过程的主要特征, 并且没有量纲。 并且没有量纲。因此, 因此,这样的无量纲数又被称为特征数, 这样的无量纲数又被称为特征数,或 者准则数。 者准则数。
§3.1 非稳态导热的基本概念
二、非稳态导热的研究内容
1. 研究内容
温度分布和热流量分布随时间和空间的变化规律
t = f ( x, y , z ,τ ) ;
2. 数学模型
Φ = f(τ )
∂t ∂ ∂t ∂ ∂t ∂ ∂t ɺ ρ c = ( λ ) + ( λ ) + ( λ )+Φ ∂τ ∂x ∂x ∂y ∂y ∂z ∂z 解的唯一性定律 初 始 条 件 边 界 条 件
τ4 τ3
τ2
t
1
τ1
t
0
τ0
第3章 非稳态热传导
§3.1 非稳态导热的基本概念
一、非稳态导热
6. 导热量的特点
Φ1
Φ2
由于物体各处本身温度的变化 要积聚或消耗热量, 要积聚或消耗热量,非稳态导热过 程中在与热流方向相垂直的不同截 面上热流量处处不等。 面上热流量处处不等。
第3章 非稳态热传导
Φ1--板左侧导入的热流量 --板左侧导入的热流量 Φ2--板右侧导出的热流量 --板右侧导出的热流量

t
tf,h x
q
rh
rh = 1 h
rλ = δ λ

传热学第3章非稳态导热PPT课件

传热学第3章非稳态导热PPT课件

x x h Bi
2)毕渥数Bi对温度分布的影响
O( / Bi, 0)
2)毕渥数Bi对温度分布的影响
§3.2 集中参数法分析导热问题
当物体内部导热热阻远小于其表面的换热热阻, 也就是物体内部温度分布几乎趋于一致,可以近似 认为物体内部在同一瞬间均处于同一温度下。 此时 Bi h 0
对于任意形状的物体当Bi<0.1, 0.95 物体内部的过余温度与其表面的过m 余温度之比为 0.95。其内部热阻就可忽略,从而采用集中参数 法。
物体的温度随时间的变化关系是一条负 自然指数曲线,或者无因次温度的对数
0
与时间的关系是一条负斜率直线。
e
A cV
e
(V
A
)•(VaA
)2
e Bi •Fo
0
其中V/A具有长度的量纲,称为特征长度。
(2)导热量的计算
cV hA 称为系统的时间常数,记为s。
时间常数是反应物体对流体温度变动响应快慢的指标。它 取决于自身的热容量ρcv及表面换热条件hA。热容量越大, 温度变化得越慢;表面换热条件越好单位时间内传递的热 量越多,则越能使物体自身温度迅速接近流体温度。
突然把两侧介质温度降低 为 t并保持不变;壁表 面与介质之间的表面传热 系数为h。
两侧冷却情况相同、温度 分布对称。中心为原点。
3.3 无限大平壁非稳态导热
导热微分方程:
t 2t
a x2
初始条件: 0, t t 0
边界条件: (第三类)
x 0, t x 0
x
,
- t
x
h(t
t )
对于圆柱体和球体在第三类边界条件下的一维非
稳态导热问题,也可以求得温度分布的分析解。

传热学第三章 非稳态导热

传热学第三章 非稳态导热
Bi hl ≤0.1
时、物体中最大与最小的过余温度之差小于5%,对于一 般工程计算,此时已经足然特确地可以认为整个物体温度 均匀。按照这样要求,由于l=V/A对圆柱有球分别是半轻 的1/2与1/3、因而如果以l作为Bi数的特征长度,则该Bi数 对平板、国柱与球应该分别小于0.1、0.05和0. 033。
方程中指数的量纲:
hA
W m2K
m2
w1
Vc
kg m3
Jkg K
[
m3
]
J
s
第三章 非稳态导热
9
即与 1 的量纲相同,当 Vc 时,则
hA
hA
1 Vc
此时,
e1 36.8%
0

Vc
hA
为时间常数,用 c 表示。
第三章 非稳态导热
10
如果导热体的热容量( Vc )小、换热条件好(h大),
有一直径为 5cm 的钢球,初始温度为 450 ℃,将其突然置 于温度为 30 ℃空气中。设钢球表面与周围环境间的总换热 系数为 24w/(m2 . K),试计算钢球冷却到 300 ℃所需的 时间。已知钢球的 c=0.48kJ/(kg·K ) , ρ =7753kg/m3 , λ =33w/(m. K ).
Fo
l2
a
换热时间 边界热扰动扩散到l 2面积上所需的时间
无量纲 热阻
Fo越大,热扰动就能越深入地传播到物体 内部,因而,物体各点地温度就越接近周
围介质的温度。
无量纲 时间
第三章 非稳态导热
12
对于平板、圆柱、球的一维非稳态第三类边界条件条件下 的导热问题,当按特征长度
l= 、厚度为2 的平板,
l=R、圆柱 l=R.球 定义的Bi数满足

非稳态导热传热学课件优秀课件

非稳态导热传热学课件优秀课件

➢物体温度分布的变化分三阶段
第一阶段(不规则情况阶段):过程开始的 一段时间,温度逐渐从边界面深入到内部,物 体内部各处温度随时间的变化率不一样,受初 始温度分布的影响很大。
第二阶段(正常情况阶段):初始温度分布 影响消失,此时物体内各处温度随时间的变化 率具有一定的规律。
第三阶段(新的稳态阶段):理论上需要经 过无限长的时间才能达到,事实上经过一段时 间,物体各处温度就可近似地认为已达到新的 稳态。
h 平壁与介质的初始温度均为:t0 突然把两侧介质温度降低为: t
➢ 无限大平壁加热
An infinite plane wall heated by convection
➢ 微分方程(differential equation)
t ax2t2,> 0, 0< x<
初始条件 = 0 , tt0,0x
非稳态导热传热学课件
§1 非稳态导热的基本概念
(fundamental concepts)
➢ 非稳态温度场 Unsteady-state temperature field
t=f(x,y,z,)
➢分类(classification)
• 周期性的导热(periodic conduction) • 瞬态导热(transient conduction)
Biot number
: Bi V
hl c
V Characteri stic length : lc A
➢ 温度分布(Temperature distribution)
0 exp( Bi V Fo V )
where , characteri sticLength InfinitePl aneWall : l c

传热学基础(第二版)第四章教学课件非稳态导热

传热学基础(第二版)第四章教学课件非稳态导热
Lctptw
23/250291/4/16
0~τ范围内积分,得凝固层厚度的表达式
2 b L t w c ttp 0tw K
此式称为平方根定律,即凝固层厚度与凝固时 间的平方根成正比。式中
K2 b L t w c ttp 0tw
ms12
K 称为 凝固系数
24/250291/4/16
几种材质在不同冷却条件下的K值
由于砂型的导热系数较小,型壁较厚,所以平面 砂型壁可按半无限大平壁处理。本节得到的公式 应用于铸造工艺,可以计算砂型中特定地点在τ 时刻达到的温度和0~τ时间内传入砂型的累积热量。 瞬时热流密度qw和累计热量Q w都与蓄热系数成正 比,所以选择不同造型材料,即改变蓄热系数, 就成为控制凝固进程和铸件质量的重要手段。
物性的这种组合可表成: a c
cb W /m (2Cs1/2)
a b称为蓄热系数。它完全由材料的热物性构 成,它综合地反映了材料的蓄热能力,也是个热 物性。
15/250291/4/16
铸铁和铸型蓄热系数b的参考值。
热物性 材料
铸铁
导热系数 比热容 密度 热扩散率 蓄热系数
λ
c
ρ
a
b
46.5 753.6 7000 8.82×10-6 15600
5 /59 2021/4/16
积蓄(或放出)热 量随时间而变化是过 程的又一个特点。于 是在工程计算中,确 定瞬时热流密度和累 计热量也是非稳态导 热问题求解的任务。 在图中,累计热量由 指定时间τ与纵坐标 间曲线下的面积表示。
6/59 2021/4/16
4-2 第一类边界条件下的一维非稳态导热
式:
qw ' Lctptw
d d
与式
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

R 2
Sphere : lc
R 3
➢ 特征尺寸和引用尺寸
Bi 0.1 BiV 0.1M
大平壁
特征尺寸 引用尺寸
lc=V/A
le
M=lc/le 1
长圆柱体 R/2
R
1/2
长正方柱体 a/4
a/2
1/2
球体
R/3
R
1/3
正立方体 a/6
a/2
cV d hA d
根据初始条件: = 0 = t0-t
0
exp(
hA
cV
)
hA
cV

h V A
c
a
V A
2
hlc alc2 BiV FoV
BiV
FoV
where
a
Fourier number : FoV lc2 A dimensionless time
Biot number : BiV
三、一维瞬态非稳态导热
One-dimensional transient conduction
A plane wall heated or cooled by convection Known 无限大平壁厚度(thickness):2 热导率(thermal conductivity):s 导温系数(thermal diffusivity):a 表面传热系数(convection heat transfer coefficient):
▪ 当Bi0时,意味着R0, |x== |x=0 。定向点距壁面无限远。
▪ 工程中,当Bi<0.1时,近似认为物 体内部温度场均匀。
➢ Bi0时无限大平壁加热
A infinite plane wall heated by convection
Temperature distribution
➢ 数学描述(Mathematical description)
优选非稳态导热传热学课件
一、周期性的非稳态导热
Periodic unsteady-state conduction
1. 物体内各处的温度按一定的振幅随 时间周期的波动。
2. 同一时刻物体的温度分布也是周期 性波动。
➢ 热工计算的目的:找出温度分布和 热流密度随时间和空间的变化规律。
二、瞬态导热过程
➢物体温度分布的变化分三阶段
第一阶段(不规则情况阶段):过程开始的 一段时间,温度逐渐从边界面深入到内部,物 体内部各处温度随时间的变化率不一样,受初 始温度分布的影响很大。
第二阶段(正常情况阶段):初始温度分布 影响消失,此时物体内各处温度随时间的变化 率具有一定的规律。
第三阶段(新的稳态阶段):理论上需要经 过无限长的时间才能达到,事实上经过一段时 间,物体各处温度就可近似地认为已达到新的 稳态。
h
x x
x
x
x
x
x
h
Bi
➢ 第三类边界条件的定向点O’
定义:任何时刻壁面温度分布的切线都通过 坐标为(/h+, t)或(-/h-, t)的点O’,该点为 定向点。
➢ 讨论(Discussion)
▪ 当Bi时,意味着h, |x==0。 定向点位于壁面上,第三类边界条 件实际上等于第一类边界条件。
h 平壁与介质的初始温度均为:t0 突然把两侧介质温度降低为: t
➢ 无限大平壁加热
An infinite plane wall heated by convection
➢ 微分方程(differential equation)
t
a
2t x2
,>0,0<x<
初始条件 =0,t t0 ,0 x
如图3-1(c )
• 室内空气与内墙对流换热热流密度q1 开始高,逐渐减小至稳定。
• 室外空气与内墙对流换热热流密度q2 逐渐升高至稳定。
• 物体得到的热量
qA plane wall symmetrically heated by convection
➢ A plane wall symmetrically cooled by convection
(initial condition )
边界条件 x 0, t 0(对称性)
(boundary condition)
x x0
x , t x
x
ht x
t
§2 集总参数法
(Lumped capacitance method)
定义(Definition):如果大平壁热导率很 大,表面传热系数较小,且平壁的半厚 度不大,平壁内部导热热阻与表面传热 热阻相比可以忽略。则此时平壁内各点 温度相差不大,物体温度可用其任意一 点的温度表示,而将该物体的质量和热 容量等视为集中在这一点,这种方法称 为集总参数法。
hlc
V Characteristic length : lc A
➢ 温度分布(Temperature distribution)
0 exp(BiV FoV )
where, characteristicLength
InfinitePlaneWall : lc
InfiniteCylinder : lc
Differential equation

dt ,>0 d c
Heat rate
hA(t t)
Volumetric generation rate

hA(t
t)
V
V
说明:物体被加热,内热源强度为正值;物 体被冷却,内热源强度为负值
将内热源强度代入微分方程,得
cV
dt
d
hA(t
t)
引入过余温度 = t-t
导热热阻不可忽略
忽略导热热阻
➢毕渥准则(Biot number)
▪ 定义
Bi hle le / 1 Rs 0.1
s s h Rh
式中,le为引用尺寸。 • 无限大平壁: le=(壁厚的一半) • 无限长圆柱体: le=d/2=R • 球: le=d/2=R
➢毕渥准则(续)
▪ 物理意义:Bi准则表示物体内部导 热热阻与物体表面对流热阻的比值。 所以它与第三类边界条件有密切的关 系。 ▪ 第三类边界条件
Transient conduction ➢ 以采暖房屋外墙为例
1. 供热前,墙内温度场是稳态的,如图3-1 (a)tf1’, tw1’, tw2’, tf2’
2. 供热开始后,
• 室内温度迅速上升tf1’ tf1” • 内墙温度tw1’ tw1” • 外墙温度tw2’ tw2”
• 室外温度tf2
3. 热流密度(heat flux)
相关文档
最新文档