第3章 传热计算

在凝固界面上存在以下热平衡条件
S
d TS TL h L x x d x x
根据上述的定解条件可以求出,
Tk Ti TS Ti erf 2 a S
TL TL 0 TL 0 Tk erfc 2 a L
相接触的温度较低的物体的过程称为传导传热。

对流：流体内各部分之间发生相对位移或者流体流过一固体表面时，而引起的
热量传输称之为对流。

辐射：物体通过电磁波来传输热量的方式称为辐射传热。辐射传热时不需要物 体的相互接触，也不需要介质，它是一种非接触传递能量的方式，即使在真空
中，热辐射也可以同样进行。
2、温度场、等温面和温度梯度 温度场：在传热体系内，温度T在空间和时间上的分布情况，就叫做该体系的温 度场，写成函数关系，就是，
时间条件(初始条件)。 空间条件(边界条件)。
解析解显然是较理想的解。然而对于实际凝固过程，能获得解析解的情况十分少
见，即使在最简单的条件下也需要引入许多假设。 图3-4是一个一维半无限大铸件凝固过程的传热模型，通过这个问题的解析求解 过程为大家今后如何运用解析方法获取凝固温度场提供思路和指导。
对于图3-4所示的凝固过程，固相、液相和铸型中的导热微分方程为
和铸型的热阻而传出。凝固是一个有热源的非稳态传热过程。
“二迁”是指金属凝固时存在着两个界面，即固相-液相界面和金属-铸型间界面， 而这两个界面随着凝固过程的进行而发生动态迁移，并使得界面上的传热现象变得
极为复杂。
“三传”则是指金属的凝固过程是一个同时包含动量传输、质量传输和热量传输 的 “三传”耦合的三维传热物理过程，即使在热量传输过程中也同时存在有导热、对 流

辐射传热
通过辐射波的能量传递热量， 如太阳辐射。
传热计算方法
对流传热计算公式
根据流体介质传热的温度差、 传热面积和传热系数计算热量 传递。
导热计算方法
根据物质热传导性质和温度梯 度计算热量传递。
辐射传热计算公式
根据物体表面温度和辐射特性 计算热量传递。
传热问题实例
1
热传导问题
考虑通过不同材料的导热问题，如热量传递的速率和温度分布。
《传热计算》PPT课件
课程概述
传热的定义
传热是指热量从一个物体或一处区域向另一个物体或另一处区域的传递过程。

传热的基本原理
传热基于热量通过物质内部或物质之间的相互作用而传递，遵循热量自高温 区向低温区传递的规律。
传热的分类
对流传热
通过流体介质的对流传热， 如水和空气的流动使热能传 递。
导热
通过物质内部的分子振动传 递热量，如金属导体。
2
强迫对流传热问题
研究通过流体介质的对流传热问题，如流体流动对传热的影响。
3
自然对流传热问题
分析不需要外力推动的自然对流传热问题，如自然对流的流动和传热效果。
传热计算软件介绍
常用的传热计算软件
介绍一些在工程领域中常用的传热计算软件。
软件的功能
探索这些软件的功能和应用，如传热分析、热设计 以及结果可视化。

的半球总辐射力与黑体半球总辐射力之比:
E E Eb T4
18
3.1 辐射率
上面公式只是针对方向和光谱波长平均的情况，但实际上，真实表面的 辐射能力是随方向和波长变化的。
方向
波长
19
因此，我们需要定义单色定向辐射率，对于某一指定的方向和波
长
ε,θ
,θ ,TE ,actu alem itted E ,b lack b o d y
26
角系数的定义、性质及计算
1. 角系数的定义
在介绍角系数概念前，要先温习两个概念 (1)投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为G。
(2)有效辐射：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的 有效辐射。包括了自身的发射辐射E和反射辐射G。G为投射 辐射。
有效辐射示意图
27
4 角系数
对于平面和凸面： Fii 0
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个表面组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i1 Q i2 Q i i Q i N
Qi1Qi2 Qii QiN1
Qi Qi
Qi
Qi
N
F ijF i1F i2 F ii F iN1
反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射立体角定义图14微元立体角可见辐射面积15辐射强度在单位时间内在某给定辐射方向上在与物体的发射方向垂直方向上的每单位投影面积在单位立体角内所发射的全波长的能量称为该方向上的辐射强度又称定向辐射强度用isrcosdqcosda方向的可见辐射面积10单位时间内辐射物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和
方向的立体角
dAcos 方向的可见辐射面积 9

第三章 非稳态导热分析解法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：const t =↑τ2）物体的温度随时间而作周期性变化1）物体的温度随时间而趋于恒定值如图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1t 并保持不变，而右侧仍与温度为0t 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。