熱工基礎(chǔ)傳熱學(xué)課件.ppt

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1、第四章熱量傳遞的基本原理第一節(jié)熱量傳遞的三種基本方式傳熱的三種不同形式:熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。一、熱傳導(dǎo)1、特征：（1）物體相互接觸；（2）各部分之間不發(fā)生相對位移；（3）依靠微觀離子熱運動。（4）固體—固體、固體—流體、流體—流體2、熱流量與熱流密度Φ=λAΔt/δλ——導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率)，w/(m·k)，與物體性質(zhì)、溫度有關(guān)，各向同性與各向異性之別。熱流量：熱流密度：λq=Φ/A=Δt/δ二、熱對流1、特征：（1）物體相互接觸；（2）各部分之間發(fā)生相對位移；（3）依靠微觀離子熱運動。（4）固體—流體、流體—流體2、熱流量與熱流密度h——表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，w/(m2·k)，影響因素很多

2、。熱流量：牛頓冷卻公式熱流密度：hq=Φ/A=ΔtΦ=AΔth三、熱輻射1、特征：（1)不需物體相互接觸；（2）依靠電磁波進行熱量傳遞；2、黑體單位時間內(nèi)的熱輻射熱量σ——黑體輻射常量，5.67×10-8w/(m2·k4)。四次方定律：一般物體單位時間內(nèi)的熱輻射熱量：Φ=AT4σAΦ=T4σεε——發(fā)射率。四、傳熱δtf1tf2tw1tw1φR1R2R3第二節(jié)導(dǎo)熱基本定律和穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一、導(dǎo)熱基本定律1、溫度場物體內(nèi)部的溫度的分布可表示為:t=f(x,y,z,τ)τ=constt=f(x,y,z)三維穩(wěn)態(tài)溫度場t=f(x)一維穩(wěn)態(tài)溫度場等溫線和等溫面τ≠constt=f(x,y,z,τ)非

3、穩(wěn)態(tài)溫度場2、溫度梯度nqt+Δtt-Δtt3、傅立葉定律——導(dǎo)熱基本定律二、導(dǎo)熱微分方程導(dǎo)入微元體總熱流量+微元體內(nèi)熱源的生成熱-導(dǎo)出微元體總熱流量=微元體熱力學(xué)增量1、導(dǎo)熱微分方程推導(dǎo)導(dǎo)入微元體總熱流量：導(dǎo)出微元體總熱流量：單位時間內(nèi)微元體內(nèi)熱源的生成熱：單位時間微元體熱力學(xué)增量：總之：λ為常數(shù)a=λ/（ρc）熱擴散系數(shù)特殊情況：（1）無內(nèi)熱源（2）無內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（3）無內(nèi)熱源一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱圓柱坐標(biāo)系里導(dǎo)熱微分方程：xzyt(r,φ,z)φ球坐標(biāo)系里導(dǎo)熱微分方程：xzyt(r,φ,θ)φθ2、求解導(dǎo)熱微分方程的定解條件（1）第一類邊界條件：已知邊界上的溫度（2）第二類邊界條件：已知

4、邊界上的熱流密度例如：tw=const(穩(wěn)態(tài))tw=f1(τ)τ>0(非穩(wěn)態(tài))例如：qw=const(穩(wěn)態(tài))τ>0(非穩(wěn)態(tài))（3）第三類邊界條件：已知邊界上物體與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h及周圍流體的溫度tf例如：以物體冷卻為例3、討論（1）熱擴散系數(shù)a的物理意義（2）導(dǎo)熱微分方程的適用范圍熱流密度不很高，作用時間足夠長導(dǎo)熱微分方程不適用范圍1）在極短的時間內(nèi)發(fā)生在固體中的熱量傳遞，如激光加工過程2）極低溫度下（接近0k）三、一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計算1、通過無限大平壁的導(dǎo)熱2、通過無限長圓筒壁的導(dǎo)熱采用柱坐標(biāo)系,導(dǎo)熱微分方程:求得通解:t=c1lnr+c2代入邊界條件得:求得溫度分布:圓筒壁

5、中溫度呈對數(shù)分布。則得:根據(jù)傅立葉定律:3、通過球殼的導(dǎo)熱對于內(nèi)外表面溫度均勻恒定的空心球壁的導(dǎo)熱，溫度分布：熱流量:熱阻:R=ln(d2/d1)/(2πλl)多層壁:φ=?4、通過等截面直肋的導(dǎo)熱(1)作用強化換熱(2)特點肋片中沿導(dǎo)熱熱流傳遞的方向上熱流量不斷變化,但為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。在肋片伸展的方向上存在對流換熱和輻射換熱。(3）導(dǎo)熱計算令：1）l=1(單位長度)2）λ、h、Ac（=l·δ）為常數(shù)。3）1/h>>δ/λ，可得qh<

6、t-tf)把Φx、Φx+dx、Φ代入（1）式，可得：令：θ=t-tfhP/λA=m2方程可變?yōu)椋浩渫ń鉃椋哼吔鐥l件為：可得積分常數(shù)：溫度分布方程：單片肋片的熱流量：肋片末端修正：把肋片末端展開，則肋片的高度為：H’=H+δ/2例題第三節(jié)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一、概述以平壁為例：二、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的求解——諾謨圖法1、無限大平壁的分析解及諾謨圖平板壁厚為2δ，初始溫度為t0，流體溫度為tf，t0〈tf平壁兩側(cè)對稱受熱導(dǎo)熱微分方程：（1）溫度分布方程及諾謨圖邊界條件：初始條件：t(x,0)=t0(0≤x≤δ)令：θ=t(x,τ)-tfθ0=t(x,0)-tf=t0-tf（初始溫度）求解方程可得：FO=aτ

7、/δ2——傅立葉數(shù)（無量綱特征數(shù)）Bi=hδ/λ——畢渥數(shù)（無量綱特征數(shù)）將溫度分布方程用FO和Bi表示：平板中心線處的溫度分布：由于計算較煩瑣，工程上利用圖線進行求解，這些圖線為諾謨圖（2）熱流量計算及諾謨圖0～τ時間范圍內(nèi)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的熱流量：利用特征數(shù)表示：2、無限長圓筒壁的分析解及諾謨圖（1）溫度分布方程及諾謨圖（2）熱流量計算及諾謨圖注意（1）滿足FO≥0.2下應(yīng)用以上諾謨圖（2）以上諾謨圖適用中間被冷卻（即tf