华中科技大学：《传热学》课程教学资源（课件讲义）第三章 非稳态导热

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power 第三章非稳态导热 §3-1非稳态导热过程 §3-2集总参数法 §3-3一维非稳态导热的分析解 20033-2



 
      

 


 

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering powe 第三章非稳态导热 Unsteady heat conduction 定义:导热系统内温度场随时间变化的导热过 程为非稳态导热。 特点:温度随时间变化,热流也随时问变化 自然界和工程上许多导热过程为非稳态,t= f 例如:冶金、热处理与热加工中工件被加热或 冷却;锅炉、内燃机等装置起动、停机、变工 况;自然环境温度;供暖或停暖过程中墙內与 室内空气温度 20033-2




 
      
            ! "# $% !&'( !# )*+,-./0"&

 123456789-:-;?@AB5CDEFGHI5JD5 - K@)*LM@NO=JO:P8 QRS

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power 非稳态导热:周期性和非周期性(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 h 化 非周期性非稳态导热:在瞬问变化的边界条件 下发生的导热过程,物体的温度随时间不断地 升高(加热过程)或降低(冷却过程),在经 历相当长时间后,物体温度逐渐趋近于周围介 质温度,最终达到热平衡 20033-2



 
       TUV,TUVWXY TUVZTUV ![+\;] ^_&`abTU^_ !# TUVZX ![+\; ]^_&`acde fgW9Y=hiW>?Y&Zj klmno&`apqrstTuv w&xyz{|}

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering §3-1非稳态导热过程 m 度分布 平壁初始温度为t令其左侧表面的温度突 然升高到,右侧与温度为t的空气接触。 首先,物体紧挨高温表面的部分温度上升很 快,经过一定时间后内部区域温度依次变 化,最终整体温度分布保持恒定,当入为常数 时,最终温度分布为直线。 20033-2



 
           ~ |€"
&‚ƒ„…†‡ˆ *fg{
&‰…8"
RSŠ‹# Œ&`aŽg†‡.f‘ ’&jo• !&xya~™š&m"› &xy~"œ#

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering ABCD ABCD ABCDABCD (att (b t=t, (c)t=t3(dt=t 非稳态导热的不同时刻物体的温度分布 20033-2



 
      











  

 






  

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering he Institute of eneray power 2两个阶段:非正规状况阶段(初 始状况阶段)、正规状况阶段 非正规状况阶段(初始状况阶 段):在了=时刻之前的阶段,物 体内的温度分布受初始温度分布的 影响较大。必须用无穷级数描述 正规状况阶段:在τ=时刻之后,初始温度 分布的影响已经消失,物体内的温度分布主 要受边界条件的影响,可以用初等函数描 述 20033-2



 
      
žŸ ¡¢£¤K ¡W€ ¤K ¡Y5¢£¤K ¡ ¢£¤K ¡W€¤K  ¡YZ

¥¦§ ¡&` a~¨€~ ©ª«¬#­®¯°±²³´



 ¢£¤K ¡Z

¥¦o&€ ~©ªµj¶·&`a~¸ ¹¨[+\;©ª&º»¯€E¼³ ´#

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power 3热量变化:与稳态导热的另一区别:由于 有温度变化要积聚或消耗热量,同一时刻流 过不同界面的热流量是不同的。通过截面A 的热流量是从最高值不断减小,在其它各截 面的温度开始升高之前通过此截面的热流量 是零,温度开始升高之后,热流量才开始增 20033-2



 
        ½ !8¾¿Àt Á !¹ÂÃ=¶Ä½&Å¥' cÅ+‡'½ÆcÅ#Çȇ '½ÆÉxgÊcdËÌ&ZƒÍÎÈ ‡ρfg¦§ÇÐȇ'½ ÆÑ&ρfg¦o&'½ÒÏÓ 9#

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power ABCD ABCD ABCDABCD at=t (btt c)t=t ( dt=t 20033-2



 
      











  

 



































华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering 4边界条件对温度分布的影响 环境(边界条件)对系统温度 分布的影响是很显著的这里以(b 一维非稳态导热过程(也就是 大平板的加热或冷却过程)为( 例来加以说明。 图表示一个大平板的加热过 程,并画出在某一时刻的三种x x 不同边界情况的温度分布曲线 (a)、(b)、(c) 20033-2



 
       [+\;Ô~©ª   


   LMW[+\;YÔ ~©ªÆ‘ÕÖ ×Ø» W(ÙÆ ¬|Ú9=>?Y" 1Û9»ÜÝ# ކߟ¬|Ú9 &àáâZã¥äå cÅ[+æK~ç W Y5WY5WY

华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering 这实质上是表明在第 三类边界条件下可能 的三种温度分布。 按照传热关系式 x x 作一个近似的分 析 20033-2



 
       ×èw.ƆÝZé äê[+\;]ºë äå~# bìíîï ðŸsñ #