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07 2.3 定解条件及通过平壁的传热.pptx

页数:23页文件大小:407.7 KB来源: 传热学ppt课件

本课件为《传热学》第7讲「2-3 导热问题的定解条件」,讲解导热微分方程的初始条件与第一类、第二类、第三类边界条件的写法及其工程实例,配合课堂图示与算例逐步推导,可用于课前预习、课堂对照与课后复习。

五、定解条件导热微分方程式描写物体的页,温度随时间和空间变化的关系;没有涉及具体、特定的导热过程。
初始条件如烧红的铁块页,初始条件如烧红的铁块2.2导热微分方程式及定解条件
常见的边界条件有三类页,常见的边界条件有三类(1)第一类边界条件:指定边界上的温度分布(IBC)0δxtw2tw1例:右图中2.2导热微分方程式及定解条件
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第1页:五、定解条件导热微分方程式描写物体的

五、定解条件导热微分方程式描写物体的温度随时间和空间变化的关系;

没有涉及具体、特定的导热过程。

是通用表达式。

  • 2.定解条件定义:使得微分方程获得某一特定问题唯一解的附加条件,分为初始条件和边界条件1.导热问题的完整数学描述:导热微分方程+定解条件2.2导热微分方程式及定解条件

第2页:初始条件如烧红的铁块

  • ①初始条件如烧红的铁块2.2导热微分方程式及定解条件

第3页:常见的边界条件有三类

  • ②常见的边界条件有三类(1)第一类边界条件:指定边界上的温度分布(IBC)0δxtw2tw1例:右图中2.2导热微分方程式及定解条件

第4页:第二类边界条件:给定边界上的热流密度

  • (2)第二类边界条件:给定边界上的热流密度(IIBC)例:右图中0δxqw2.2导热微分方程式及定解条件

第5页:第三类边界条件:给定了边界上物体与周围流

  • (3)第三类边界条件:给定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数以及流体温度(IIIBC)例:右图中0δxhqwtf2.2导热微分方程式及定解条件对加热及冷却均适用

第6页:其它边界条件:

  • (4)其它边界条件:(a)辐射边界条件:(b)界面连续条件:122.2导热微分方程式及定解条件或航天器在太空飞行

第7页:六、傅里叶定律及导热微分方程的适用范

六、傅里叶定律及导热微分方程的适用范围基于热扰动的传递速度无限大的假定(1)温度接近0K(温度效应)(2)作用时间极短(时间效应)(3)空间尺度极小(尺度效应)非傅里叶导热2.2导热微分方程式及定解条件

第8页:本章教学内容与目录导览

本章教学内容应用背景介绍2-1导热基本定律2-2导热微分方程式及定解条件(数学描写)2-3通过典型几何形状物体的导热(一维稳态导热)2-4通过肋片的导热分析2-5稳态导热的其它情形

第9页:通过平壁的导热,直角坐标系中的一维问题

通过平壁的导热,直角坐标系中的一维问题。

通过圆筒壁的导热,圆柱坐标系中的一维问题。

通过球壳的导热,球坐标系中的一维问题。

稳态导热特征2.3典型几何形状的稳态导热分析解

第10页:一、通过平壁的导热

一、通过平壁的导热0δxt2t11.情形一:1D,稳态,无内热源,λ为常数,两侧均为第一类边界①问题图示:②数学描写:2.3典型几何形状的稳态导热分析解

第11页:解的结果:对微分方程直接积分两次

  • ③解的结果:对微分方程直接积分两次,得微分方程的通解利用两个边界条件t2t10δxt线性分布,与λ无关2.3典型几何形状的稳态导热分析解

第12页:利用Fourier导热定律直接积分2.3

利用Fourier导热定律直接积分2.3典型几何形状的稳态导热分析解依赖于温度分布不依赖于温度分布

第13页:热阻图qt1t2Rλ2.3典型几何形状的

  • ④热阻图qt1t2Rλ2.3典型几何形状的稳态导热分析解

第14页:情形二:1D,稳态,无内热源

  • 2.情形二:1D,稳态,无内热源, λ为常数,一侧为第一类边界,另一侧为第二类或第三类边界①问题图示:t2t10δxth,tf或qw②数学描写:2.3典型几何形状的稳态导热分析解

第15页:情形三:1D,稳态,无内热源

  • 3.情形三:1D,稳态,无内热源,变导热系数,两侧均为第一类边界②数学描写:t2t10δxt若导热系数随温度线性变化①问题图示:2.3典型几何形状的稳态导热分析解

第16页:则导热微分方程变为对

则导热微分方程变为对x积分一次得对x再次积分得微分方程的通解利用边界条件最后得温度分布为2.3典型几何形状的稳态导热分析解非线性温度分布

第17页:2.3典型几何形状的稳态导热分析解温度分

2.3典型几何形状的稳态导热分析解温度分布曲线的绘制xO稳态+无内热源

第18页:热流密度计算式为:或式中λ

热流密度计算式为:或式中λm为平壁两表面温度下导热系数值的算术平均值,亦为平壁两表面温度算术平均值下的导热系数值。

t2t10δxt2.3典型几何形状的稳态导热分析解

第19页:同样可由Fourier定律直接求解获得热

同样可由Fourier定律直接求解获得热流量2.3典型几何形状的稳态导热分析解

第20页:二、通过多层平壁的导热多层平壁

二、通过多层平壁的导热多层平壁:由几层不同材料组成例:房屋的墙壁—白灰内层、水泥沙浆层、红砖(青砖)主体层等组成假设各层之间接触良好,可以近似地认为接合面上各处的温度相等t2t3t4t1q2.3典型几何形状的稳态导热分析解

第21页:由和分比关系

由和分比关系t2t3t4t1q推广到n层壁的情况:前提:多层平壁,1D,稳态,无内热源,λ为常数,两侧均为第一类边界2.3典型几何形状的稳态导热分析解

第22页:通过平壁的导热---小结

通过平壁的导热---小结2.导热问题的求解思路简化假定物理问题数学描写求解结果1.两个目标υ温度分布υ换热量3.公式的重要性υ计算换热量υ判断曲线凹向υ推导方程txOxO

第23页:同舟共济渡彼岸!

同舟共济渡彼岸!People in the sameboat help each otherto cross to the otherbank, where….

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