第3章-非稳态导热ppt课件.ppt
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1、华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学第第3 3章章 非稳态导热非稳态导热非周期性非周期性(瞬态的)瞬态的)周期性周期性一、非稳态导热的分类一、非稳态导热的分类知识回顾知识回顾温度场随时间变化特点温度场随时间变化特点温度场随空间变化特点温度场随空间变化特点二维二维零维零维一维一维三维三维华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球
2、比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学二、特点二、特点(以非周期性的为例以非周期性的为例)导热体的内能随时间发生变化,导热体要储存或释放能量。导热体的内能随时间发生变化,导热体要储存或释放能量。如果平壁左侧有如果平壁左侧有恒定的热流恒定的热流q加热,加热,平壁内温度如何平壁内温度如何变化?变化?初始温度均匀为初始温度均匀为t0,左侧突然升温至左侧突然升温至t1.华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统
3、是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学无限大平板内的温度分布如图所示,试分析无限大平板内的温度分布如图所示,试分析(1 1)如果大平板为稳态无内热源导热,)如果大平板为稳态无内热源导热,(2 2)如果大平板为常物性无内热源导热)如果大平板为常物性无内热源导热,(3 3)如果大平板为常物性稳态导热,)如果大平板为常物性稳态导热,导热系数随温度如何变化?导热系数随温度如何变化?则该大平板是加热过程还是冷却过程?则该大平板是加热过程还是冷却过程?则其内热源为正还是负?则其内热源为正还是负?华北电
4、力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学三、第三类边界下非稳态导热的定性分析三、第三类边界下非稳态导热的定性分析 华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学毕渥准则数毕渥准则数
5、(1)当当 Bi 时,意味着表面传时,意味着表面传热系数热系数 h (Bi=h /),),对流换热热阻趋于对流换热热阻趋于0。平壁的表。平壁的表面温度几乎从冷却过程一开始,面温度几乎从冷却过程一开始,就立刻降到流体温度就立刻降到流体温度 t 。式中式中l为特征尺度为特征尺度华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学(2)当当Bi0时,意味着物体的导时,意味着物体的导热系数很大、导热热
6、阻热系数很大、导热热阻 0(Bi=h/)。任何时间物体)。任何时间物体内的温度分布都趋于均匀一致。内的温度分布都趋于均匀一致。(3)当当0Bit。物物性参数为常量。性参数为常量。1、导热数学描述及求解、导热数学描述及求解体积为体积为V表面积为表面积为A物性物性,c初始温度初始温度t0流体温度流体温度t表面换热系数表面换热系数h华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学能量守恒方程式能
7、量守恒方程式如果表面对流换热,且导热体内无内热源时,如果表面对流换热,且导热体内无内热源时,分离变量得分离变量得华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学从从0到任意时刻到任意时刻 积分积分上式中右端的指数可作如下变化上式中右端的指数可作如下变化式中式中BiV V是特征尺度是特征尺度l用用V/AV/A表示的毕渥数。表示的毕渥数。华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛
8、时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学导热体在时间导热体在时间 0 内传给流体的总热量,即散热量内传给流体的总热量,即散热量称为傅立叶数称为傅立叶数同样同样FoV V是特征尺度是特征尺度l用用V/AV/A表示的傅里叶数。表示的傅里叶数。华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球
9、比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁 秀 俊 高等传热学 2.2.符合集总体的判别条件符合集总体的判别条件 对于厚为对于厚为22的平板:的平板:M=1半径为半径为R R的圆柱:的圆柱:M=1/2半径为半径为R R的球的球:M=1/322R RR R华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁 秀 俊 高等传热学 如果导热体的热容量如果导热体的热容量(Vc)小、换热条件好)小、换热条件好(hA大)
10、,那么时间常数大),那么时间常数(Vc/hA)小,导热体的温小,导热体的温度变化快。度变化快。3 3、时间常数、时间常数流体流体热电偶接点热电偶接点管道管道华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁 秀 俊传热学 Heat Transfer 对于测温的热电偶接点,时间常数越小,说明对于测温的热电偶接点,时间常数越小,说明热电偶对流体温度变化的响应越快。这是测温技术热电偶对流体温度变化的响应越快。这
11、是测温技术所需要的。所需要的。热电偶时间常数热电偶时间常数热惰性级别热惰性级别时间常数(秒)时间常数(秒)901803090103010华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学练习练习 一厨师在炒鸡肉丝时要品尝一下咸淡,于是他一厨师在炒鸡肉丝时要品尝一下咸淡,于是他从从100100的的热炒锅中取出一鸡肉丝,用口吹了一会,热炒锅中取出一鸡肉丝,用口吹了一会,待其降至待其降至6565时
12、再放入口中。试估算厨师需要吹多时再放入口中。试估算厨师需要吹多长时间?出锅时鸡肉丝可视为平均直径为长时间?出锅时鸡肉丝可视为平均直径为2mm2mm的圆条,的圆条,厨师口中吹出的气流温度为厨师口中吹出的气流温度为3030,其与鸡肉丝之间,其与鸡肉丝之间的表面传热系数为的表面传热系数为100W/(m100W/(m2 2K),K),鸡肉丝的密度为鸡肉丝的密度为810kg/m810kg/m3 3,比热容为,比热容为3350J/(kgK)3350J/(kgK),导热系数,导热系数1.1W/(mK)1.1W/(mK)。华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此
13、,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学三、环境温度线性变化三、环境温度线性变化积分得积分得该问题的数学描述为(能量方程)该问题的数学描述为(能量方程)随时间按指数规律衰减随时间按指数规律衰减随时间线性变化随时间线性变化华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传
14、热学华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学四、环境温度按简谐波变化四、环境温度按简谐波变化(周期性变化)周期性变化)数学描述(能量方程)数学描述(能量方程)华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种
15、得分类型的系统梁秀俊高等传热学解为:解为:其中:其中:随时间按指数规律衰减随时间按指数规律衰减随时间周期性变化随时间周期性变化华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系
16、统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学一、无限大平壁的分析解一、无限大平壁的分析解 厚厚度度 2 的的无无限限大大平平壁壁,、a为为已已知知常常数数,=0时时温温度度为为 t0,突突然然将将其其放放置置于于两两侧侧介介质质温温度度为为 t 并并保保持持不不变变的的流流体体中中,两两侧侧表表面面与与介介质质之间的表面传热系数为之间的表面传热系数为h。1.问题描述问题描述2h,th,t3-2 3-2 有限厚度物体的非稳态导热有限厚度物体的非稳态导热华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队
17、在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学2、数学描述、数学描述 由由于于平平板板温温度度场场对对称称,因因此此只只取取平平板板的的一一半半进进行行研研究究,以平板的中心为坐标原点建立坐标系,如图所示。以平板的中心为坐标原点建立坐标系,如图所示。华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学为了表达式的简洁便于求解,引入过余温
18、度为了表达式的简洁便于求解,引入过余温度华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学傅里叶数傅里叶数无量纲时间无量纲时间无量纲距离无量纲距离毕渥数毕渥数表示内部导热热阻与表表示内部导热热阻与表面对流换热热阻相对大小面对流换热热阻相对大小3.3.解的结果(分离变量法)解的结果(分离变量法)华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的
19、计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统梁秀俊高等传热学 计算表明,当傅里叶数计算表明,当傅里叶数Fo 0.2(0.5)后,对于)后,对于公式只取级数的第一项计算和完整计算误差很小。公式只取级数的第一项计算和完整计算误差很小。二、非稳态导热的正规(正常)状况阶段二、非稳态导热的正规(正常)状况阶段华北电力大学华北电力大学篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球
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