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第三章非稳态导热分析解法

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第三章非稳态导热分析解法 本章主要要求: 1、重点内容: ① 非稳态导热的基本概念及特点; ② 集总参数法的基本原理及应用; ③ 一维及二维非稳态导热问题。 2 、掌握内容: ① 确定瞬时温度场的方法; ② 确定在一时间间隔内物体所传导热量的计算方法。 3 、了解内容:无限大物体非稳态导热的基本特点。 许多工程问题需要确定:物体内部温度场随时间的变化,或确定其内部温度达某一极限值所需的时间。如:机器启动、变动工况时,急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏。因此,应确定其内部的瞬时温度场。钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程,掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素;金属在加热炉内加热时,要确定它在炉内停留的时间,以保证达到规定的中心温度。 § 3— 1 非稳态导热的基本概念 一、非稳态导热 1 、定义:物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 2 、分类:根据物体内温度随时间而变化的特征不同分: 1 )物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定值,即: 2 )物体的温度随时间而作周期性变化 如图 3-1 所示,设一平壁,初值温度 t 0 ,令其左侧的表面温 度突然升高到 并保持不变,而右侧仍与温度为 的空气接触,试分 析物体的温度场的变化过程。 首先,物体与高温表面靠近部分的温度很快上升,而其余部分仍 保持原来的 t 0 。 如图中曲线 HBD ,随时间的推移,由于物体导热温度变化波及范 围扩大,到某一时间后,右侧表面温度也逐渐升高,如图中曲线 HCD 、 HE 、 HF 。 最后,当时间达到一定值后,温度分布保持恒定,如图中曲线 HG (若 λ =const ,则 HG 是直线)。 由此可见,上述非稳态导热过程中,存在着右侧面参与换热与不参 与换热的两个不同阶段。 ( 1 )第一阶段(右侧面不参与换热) 温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布,即:在此阶段物体温度分布受 t 分布的影响较大,此阶段称非正规状况阶段。 ( 2 )第二阶段,(右侧面参与换热) 当右侧面参与换热以后,物体中的温度分布不受 to 影响,主要取决于边界条件及物性,此时,非稳态导热过程进入到正规状况阶段。正规状况阶段的温度变化规律是本章讨论的重点。 2 )二类非稳态导热的区别:前者存在着有区别的两个不同阶段,而后者不存在。 3 、特点; 非稳态导热过程中,在与热流量方向相垂直的不同截面...

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