第三章非稳态热传导

热传导中的非稳态热传导是指物体内部或不同物体之间的热量传递过程。

通常情况下，当温度差异存在于物体之间时，热量会从高温物体传递到低温物体，直到两者温度达到平衡。

这种热传导过程被称为稳态传导。

然而，在某些情况下，热传导过程可能不满足稳态条件。

这种情况下热传导称为非稳态传导。

非稳态传导通常发生在物体刚刚进行加热或冷却时，或者在存在周期性温度变化的系统中。

非稳态传导的特点之一是温度随时间而变化。

当一个物体受到外部热源加热时，开始时物体内部的温度会迅速上升，然后逐渐趋于稳定。

当物体被冷却时，开始时物体内部的温度会迅速下降，然后逐渐趋于稳定。

在这个过程中，物体内部不同位置的温度分布也会随时间而变化。

物体内部不同位置的温度分布变化可以用温度分布函数来描述。

在非稳态条件下，温度分布函数的形式会随时间而改变。

根据热传导方程，温度分布函数与物体的热性能、形状和边界条件有关。

在分析非稳态热传导问题时，通常会考虑到物体内部的热扩散和热对流。

热扩散是指由于温度梯度而导致的热量传递，而热对流是指物体周围流体的对流传热过程。

这两个因素会影响非稳态传导过程中温度分布的演化。

在实际应用中，非稳态传导的问题十分常见，例如在热处理、工业加热和电子器件散热等领域都会遇到非稳态热传导的情况。

了解和掌握非稳态传导的特点对于设计和优化这些系统具有重要意义。

总之，非稳态传导是指热传导过程中温度随时间和空间的变化。

这是一个复杂的热传导问题，涉及到物体的热性能、形状和边界条件等因素。

了解非稳态传导的特点对于解决实际问题具有重要意义。

通过进一步的研究和实践，我们可以更深入地理解非稳态传导，并将其应用于实际工程中。

第三章 非稳态热传导一、名词解释非稳态导热：物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。

数Bi ：Bi 数是物体内部导热热阻λδ与表面上换热热阻h 1之比的相对值，即：λδh Bi =o F 数：傅里叶准则数2τl a Fo =，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。

二、解答题和分析题1、数Bi 、o F 数、时间常数c τ的公式及物理意义。

答：数Bi ：λδh Bi =，表示固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比。

2τl a Fo =，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。

hA cVc ρτ=， c τ数值上等于过余温度为初始过余温度的36.8%时所经历的时间。

2、0→Bi 和∞→Bi 各代表什么样的换热条件？有人认为0→Bi 代表了绝热工况，是否正确，为什么？答：1）0→Bi 时，物体表面的换热热阻远大于物体内部导热热阻。

说明换热热阻主要在边界，物 体内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻物体内部的温度分布趋于均匀，并随时间的推移整体地下降。

可以用集总参数法进行分析求解。

2）∞→Bi 时，物体表面的换热热阻远小于物体内部导热热阻。

在这种情况下，非稳态导热过程刚开始进行的一瞬间，物体的表面温度就等于周围介质的温度。

但是，因为物体内部导热热阻较大，所以物体内部各处的温度相差较大，随着时间的推移，物体内部各点的温度逐渐下降。

在这种情况下，物体的冷却或加热过程的强度只决定于物体的性质和几何尺寸。

3）认为0→Bi 代表绝热工况是不正确的，0→Bi 的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。

3、厚度为δ2，导热系数为λ，初始温度均匀并为0t 的无限大平板，两侧突然暴露在温度为∞t ，表面换热系数为h 的流体中。

试从热阻的角度分析0→Bi 、∞→Bi 平板内部温度如何变化，并定性画出此时平板内部的温度随时间的变化示意曲线。

答：1）0→Bi 时，平板表面的换热热阻远大于其内部导热热阻。

《传热学》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程目标(-)总体目标：《传热学》是研究由温差引起的热能传递规律的科学，是建筑环境与能源应用工程专业的一门基础课程和学位课程。

在制冷、热能动力、机械制造、航空航天、化工、材料加工、冶金、电子与电气和建筑工程等生产技术领域中存在大量的传热问题，课程旨在使学生掌握传热的基本概念、基本原理和计算方法，使学生对热量传递这一普遍存在的现象有理性的认识，并能熟练运用基础知识来思考、分析和解决实际传热问题。

(二)课程目标：本课程旨在使学生掌握热量传递的三种基本方式及其物理机制，掌握传热基础理论与计算方法；掌握传热学的基本实验，具备分析工程传热问题的能力，能够解决增强传热、削弱传热和温度控制等工程传热问题；了解传热学的前沿知识及其在科学技术领域的应用，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及团队合作意识。

课程目标1：系统深入学习，掌握传热基础理论与计算方法。

1.1 掌握传热的基本概念、理论、机理及影响因素；1.2 掌握热传导、热对流和热辐射三种传热模式的基本公式，能够进行各种工况下传热量的计算，并能对工程传热问题进行描述和分析。

课程目标2：掌握传热实验，应用传热学知识，解决工程传热问题。

2.1 掌握传热学中的实验研究方法，使学生对热量传递这一普遍存在的现象有理性的认识。

2.2 根据所学传热理论和实验知识，熟练掌握增强或削弱热能传递过程的方法，能够在工程应用中对热能有效利用、热力设备效率的提高、节能降耗技术等问题从传热学角度进行思考、分析和解决问题。

课程目标3：培养学生的自主学习意识、团队合作能力、口头和书面表达能力，探索传热学前沿科学知识。

3.1 通过课堂分组讨论等方式培养团队合作意识、沟通交流能力和对工程问题进行清清晰表达的能力；3.2 通过课外文献调研并撰写课程报告，提升文献查阅能力和书面表达能力。

(H)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系三、教学内容第一章结论1 .教学目标（1）了解传热的定义；了解传热学的研究内容及其在生活和工程中的应用；（2）掌握热量传递的三种基本方式及其物理机理；（3）掌握傅里叶定律、牛顿冷却定律及斯忒藩定律，并能应用这三个定律分析基础传热问题；（4）了解传热过程的特点以及电.热模拟的作用和意义；（5）掌握热流密度、热阻和综合传热系数的计算方法。

《传热学》第3章_非稳态热传导分析非稳态热传导分析是传热学中一个重要的研究内容。

在真实的物理系统中，尤其是工程实际中，非稳态热传导过程往往更为常见。

非稳态热传导分析主要研究物体内部温度分布随时间的变化规律，以及热传导过程中的能量交换。

本文将重点介绍非稳态热传导分析的基本原理和方法。

非稳态热传导分析需要考虑时间因素以及物质的热传导性质。

在非稳态热传导过程中，物体内部的温度分布随时间的变化满足热传导方程。

传热方程的一般形式为：∂(ρcT)/∂t=k∇²T+Q其中ρ是物质密度，c是比热容，T是温度，k是热传导系数，∇²是拉普拉斯算子，Q是热源项，即热传导过程中的能量增减。

解决非稳态热传导分析的一般步骤如下：1.建立热传导方程。

根据实际情况，确定适当的坐标系，并根据系统的几何形状和边界条件，建立热传导方程。

2.确定边界条件。

边界条件包括物体表面的温度、热通量以及对流边界等。

根据具体情况，选择适当的边界条件。

3.选择合适的数值方法。

非稳态热传导问题通常需要借助数值方法进行求解。

有限差分法、有限元法、迭代法等都可以应用于非稳态热传导分析，具体选择哪种方法需要根据具体问题的特点进行判断。

4.数值求解。

根据使用的数值方法，将热传导方程离散化，并进行数值求解。

通常需要在计算过程中进行迭代，直到得到满足要求的结果。

5.结果分析和验证。

得到物体内部温度随时间的变化规律后，可以通过实验进行验证。

比较模拟结果与实验结果，判断模拟的准确性。

非稳态热传导分析的典型应用包括热处理过程中的温度变化分析、电子元器件的散热分析、建筑物内部温度分布分析等。

通过对非稳态热传导问题的分析，可以更好地理解和控制物体内部温度分布的变化规律，为实际工程提供指导。

然而，非稳态热传导分析也存在一些挑战和限制。

首先，非稳态热传导分析通常需要考虑物质性质的非线性以及边界条件的复杂性，这增加了问题的难度。

其次，非稳态热传导问题的求解往往需要较长的计算时间和大量的计算资源。

热传导的非稳态过程热传导是物质内部由高温区向低温区传递热量的过程。

在许多应用和实际情况中，我们常常需要研究非稳态热传导过程，了解物质内部温度的变化规律以及与时间的关系。

热传导的非稳态过程表现出许多有趣和复杂的现象。

在开始时，温度梯度较大，物质内部的热量迅速传递。

随着时间的推移，温度梯度逐渐减小，热量传递的速率也随之减小。

当达到稳态时，温度在整个物质中保持恒定，不再有热量传递。

研究非稳态热传导过程需要考虑物质的热传导特性。

常见的物质热导率不是恒定的，而是与温度和时间有关。

物质导热性质的这种时变特性使非稳态热传导过程更加复杂。

让我们以一个热杆为例，来探讨非稳态热传导过程的一些现象。

假设我们有一个长短适中的金属热杆，一端接触着高温热源，另一端则置于低温环境中。

热杆的开始温度均匀且高于周围环境温度。

当与高温热源接触的一端处于非稳态热传导过程时，我们可以观察到以下现象。

首先，当我们开始实验时，热杆的末端温度是相对较低的，因为热量尚未传递到这一端。

但是随着时间的流逝，热杆末端的温度会逐渐上升。

这是因为从高温区向低温区传递的热量会逐渐填满整个热杆。

其次，热杆中心位置的温度变化也是非常有趣的。

在刚开始时，热杆中心位置的温度随时间的增加而迅速增加。

然后，在经过一段时间后，热杆中心位置的温度开始下降，直到最后稳定在与周围环境温度相等的温度。

这种非稳态热传导过程中的温度变化不仅仅取决于时间，还与热杆的长度、热导率等因素有关。

较长的热杆需要更长的时间才能达到稳态，而较高的热导率会加速热量传递过程。

另一个有趣的现象是热杆中的温度梯度。

在非稳态热传导过程中，由高温向低温传递的热量会引起温度梯度的形成。

在热杆的初期，温度梯度非常陡峭，因为热量尚未充分传递。

随着时间的推移，温度梯度逐渐减小，直到最后稳态时完全消失。

了解热传导的非稳态过程对于许多实际应用至关重要。

例如，我们可以应用这种知识来设计更有效的热交换设备，提高能源利用效率。

热传导的稳态与非稳态热传导是物体内部热量传递的过程，它可以分为稳态和非稳态两种状态。

本文将详细介绍热传导的稳态和非稳态，并探讨它们的特点、原理和应用。

一、热传导的稳态稳态热传导是指物体内部温度分布保持不变的状态，即各点之间温度差保持不变。

在稳态下，物体内部的热量传导是平衡的，整个系统达到了热平衡状态。

1. 特点稳态热传导的主要特点如下：首先，稳态热传导过程中的温度分布是均匀且稳定的。

不论物体的形状和性质如何，温度分布都能保持相对稳定，各点之间的温度差保持不变。

其次，稳态热传导是一个持续的过程。

在稳态下，热量的传导是持续进行的，但整个系统的温度分布不会发生明显的变化。

最后，稳态热传导中的热流是定值且均匀的。

在稳态下，热流从高温区传导到低温区，并且在整个物体内部是均匀的，保持一定的传导速率。

2. 原理稳态热传导的原理可以通过热传导定律来解释。

热传导定律表明，热量的传导速率正比于导热系数和温度梯度，与物体的厚度无关。

因此，在稳态下，温度梯度保持不变，热量的传导速率也将始终保持不变。

3. 应用稳态热传导在工程领域有着广泛的应用。

例如，建筑物中的保温材料能够有效阻止热量的传导，维持室内的稳定温度；电子器件中的散热器能够将产生的热量迅速散发，防止过热导致设备损坏。

二、热传导的非稳态非稳态热传导是指物体内部温度分布随时间变化的过程。

在非稳态下，物体的温度分布会随着时间的推移发生变化。

1. 特点非稳态热传导的主要特点如下：首先，非稳态热传导过程中的温度分布是不均匀的。

由于物体内部温度分布不均匀，热量会从高温区向低温区传导，进一步改变温度分布。

其次，非稳态热传导是一个动态的过程。

随着时间的推移，整个系统的温度分布会发生变化，不再保持稳定。

最后，非稳态热传导中的热流是变化的。

在非稳态下，热量的传导速率随着时间的推移而变化，热流强度不再保持恒定。

2. 原理非稳态热传导的原理可以通过热传导方程来描述。

热传导方程描述了温度在空间和时间上的变化规律，能够准确模拟非稳态热传导过程。