《傳熱學習題課件》課件

傳熱學習題課件本課件旨在幫助學生更好地理解和掌握傳熱學知識。課程簡介內(nèi)容概述本課程主要講解傳熱學的理論基礎(chǔ)、基本概念、計算方法和工程應用。學習目標掌握傳熱學的基本理論，能運用傳熱學知識分析和解決實際工程問題。教學方式理論講解、習題練習、案例分析。傳熱學概述傳熱學是研究熱能傳遞規(guī)律的學科。它涉及到熱量在不同介質(zhì)之間的傳遞，以及熱傳遞過程中的各種現(xiàn)象和規(guī)律。傳熱學是工程熱力學的重要分支，在許多工程領(lǐng)域中都有著廣泛的應用，例如動力工程、化工、冶金、建筑、航空航天等。傳熱學的研究內(nèi)容主要包括三種基本的熱傳遞方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。熱傳導是指熱量通過物質(zhì)內(nèi)部的微觀粒子運動而傳遞的過程；熱對流是指熱量通過流體運動而傳遞的過程；熱輻射是指熱量通過電磁波的形式傳遞的過程。傳熱學基礎(chǔ)知識1傳熱方式傳熱學主要研究三種基本傳熱方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。2傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)是衡量不同傳熱方式效率的重要指標，用于計算傳熱量。3熱量守恒熱量守恒是傳熱學的基本原理，即在封閉系統(tǒng)中熱量不會憑空產(chǎn)生或消失。熱傳導概念及規(guī)律熱傳導定義熱量通過靜止物體或介質(zhì)內(nèi)部的分子熱運動傳遞的過程，稱為熱傳導。傅里葉定律熱傳導速率與溫度梯度成正比，與熱傳導面積成正比，與材料的熱傳導系數(shù)成正比。熱傳導系數(shù)材料熱傳導能力的量度，反映了材料傳遞熱量的難易程度。熱傳導定理傅里葉定律描述了熱量在固體中的傳導速率與溫度梯度和材料的熱導率之間的關(guān)系。熱傳導方程根據(jù)熱量守恒定律推導得出，用于計算溫度隨時間和空間的變化。邊界條件定義了固體邊界上的溫度或熱流，是解決熱傳導問題的重要因素。熱傳導常微分方程傅里葉定律描述了熱流密度與溫度梯度之間的關(guān)系能量守恒熱傳導方程是基于能量守恒原理推導的偏微分方程熱傳導方程通常是一個偏微分方程，涉及多個變量邊界條件及其物理意義第一類邊界條件溫度邊界條件，指在邊界上溫度值是已知的，例如邊界接觸到恒溫熱源或冷源。第二類邊界條件熱流邊界條件，指在邊界上熱流密度是已知的，例如邊界接觸到絕熱材料或存在熱流輸入。第三類邊界條件對流邊界條件，指在邊界上存在對流換熱，即邊界與流體之間存在溫度差，熱量通過對流方式傳遞。一維穩(wěn)態(tài)熱傳導問題1定義溫度隨時間不變化，熱量沿著一個方向傳遞2應用建筑物外墻、管道絕緣3解法傅里葉定律、邊界條件一維穩(wěn)態(tài)熱傳導例題本節(jié)課將通過一系列例題，深入講解一維穩(wěn)態(tài)熱傳導問題的求解方法。我們會分析常見的邊界條件，并運用傅里葉定律、熱阻概念等方法，解決不同情景下的傳熱問題。二維穩(wěn)態(tài)熱傳導問題1定義在二維空間中，當溫度場不隨時間變化時，稱為二維穩(wěn)態(tài)熱傳導。2應用廣泛應用于建筑物保溫、電子設(shè)備散熱、機械部件設(shè)計等領(lǐng)域。3求解通常使用偏微分方程和邊界條件來求解二維穩(wěn)態(tài)熱傳導問題。二維穩(wěn)態(tài)熱傳導例題二維穩(wěn)態(tài)熱傳導問題通常涉及兩個空間坐標，如長方形平板或圓柱體，其溫度分布在兩個方向上變化。這類問題需要用偏微分方程來描述，常見的解法包括分離變量法、有限差分法等。非穩(wěn)態(tài)熱傳導問題1溫度隨時間變化物體內(nèi)部溫度隨時間變化2熱流密度變化物體內(nèi)部熱流密度隨時間變化3熱量積累物體內(nèi)部熱量積累或釋放非穩(wěn)態(tài)熱傳導分類時間相關(guān)性溫度變化空間變化一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導1溫度隨時間變化溫度不再是常數(shù)，而是隨時間變化的。2熱量積累物體內(nèi)部的熱量會隨著時間的推移而積累或減少。3熱流密度變化由于溫度變化，熱流密度也會隨時間變化。一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導例題一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導例題主要包含以下幾個方面：-熱傳導過程的物理模型：例如，一塊金屬板，一個圓柱體，或是一根細長的金屬棒。-初始條件：描述在熱傳導過程開始時的溫度分布情況。-邊界條件：描述在熱傳導過程中的邊界溫度或熱流情況。-要求：求解在不同時間點上的溫度分布情況。二維非穩(wěn)態(tài)熱傳導溫度場隨時間變化熱量在物體內(nèi)部傳遞時，物體內(nèi)部溫度場會隨時間變化。溫度分布隨時間變化由于熱量的傳遞，物體內(nèi)部溫度分布也會隨著時間而變化。控制方程二維非穩(wěn)態(tài)熱傳導問題需要使用偏微分方程來描述溫度場隨時間變化規(guī)律。數(shù)值求解方法由于偏微分方程的復雜性，通常需要使用數(shù)值求解方法來求解二維非穩(wěn)態(tài)熱傳導問題。二維非穩(wěn)態(tài)熱傳導例題模型分析二維非穩(wěn)態(tài)熱傳導問題，需考慮不同方向的熱傳導，并分析溫度隨時間變化的規(guī)律。數(shù)值模擬利用有限元等數(shù)值方法進行模擬，獲得不同時刻的溫度分布，為工程應用提供參考。工程實踐將理論分析與實際工程問題結(jié)合，例如電子設(shè)備散熱、建筑節(jié)能等領(lǐng)域，解決實際問題。熱對流概念及規(guī)律熱對流定義熱對流是熱量通過流體（如液體或氣體）的運動傳遞的一種方式。熱對流類型熱對流主要分為兩種：自然對流和強制對流。熱對流規(guī)律熱對流的速率取決于流體的性質(zhì)、流體的速度、流體與固體表面之間的溫差以及固體表面的幾何形狀。強制對流傳熱1流體流動流體以一定速度流過固體表面2熱量傳遞流體與固體表面之間發(fā)生熱量交換3傳熱方向熱量從高溫物體傳遞到低溫物體強制對流傳熱是指流體在外力作用下流動，在流動過程中與固體表面進行熱量交換的過程。常見的應用場景包括風機散熱、空調(diào)制冷等。強制對流傳熱例題熱交換器計算流體在熱交換器中的對流傳熱系數(shù)。平板對流計算空氣流過平板時的對流傳熱速率。圓柱體對流計算圓柱體在風洞中的對流傳熱系數(shù)。自然對流傳熱1浮力流體密度差異2熱傳遞溫度梯度3對流流體運動自然對流傳熱例題自然對流傳熱是指流體由于密度差而產(chǎn)生的熱量傳遞。例如，在炎熱的天氣里，地面受到太陽照射而升溫，靠近地面的空氣受熱膨脹，密度降低，而上面的冷空氣密度較高，于是就產(chǎn)生了向上的對流運動。這種對流運動可以有效地將熱量從地面?zhèn)鬟f到空中。自然對流傳熱問題較為復雜，需要考慮流體的物理性質(zhì)、溫度場分布、邊界條件等因素。在實際應用中，我們可以使用一些簡化的模型來進行分析計算。例如，對于簡單的幾何形狀，我們可以使用經(jīng)驗公式來估算自然對流傳熱系數(shù)。輻射熱傳遞概念及定律電磁波熱量以電磁波的形式傳遞，不需要介質(zhì)。它可在真空中傳播。黑體能完全吸收所有波長的輻射能量的物體，不存在完美的黑體。輻射強度物體單位面積、單位立體角、單位時間內(nèi)發(fā)射的能量。輻射率物體在一定溫度下發(fā)射的輻射強度與黑體在相同溫度下發(fā)射的輻射強度之比。黑體輻射1理想模型黑體是理想模型，可以吸收所有波長的電磁輻射。2熱輻射黑體輻射是指黑體發(fā)射的熱輻射能量。3普朗克定律普朗克定律描述了黑體輻射的能量分布?；殷w輻射定義灰體是指其表面發(fā)射率與波長無關(guān)的物體。大多數(shù)實際物體都是灰體，其表面發(fā)射率小于1。特點灰體的輻射特性可以用一個單一的發(fā)射率來描述，這使得計算灰體輻射換熱變得相對簡單。應用灰體輻射模型在工程實踐中被廣泛應用，例如計算建筑物、設(shè)備等的輻射換熱。輻射換熱例題輻射換熱是熱傳遞的一種重要方式，在很多工程領(lǐng)域都有廣泛應用。本節(jié)課將通過例題講解，幫助同學們深入理解輻射換熱的原理和計算方法。例題一：一個溫度為1000K的黑體球體，半徑為0.1m，置于一個溫度為300K的環(huán)境中。求該球體每秒鐘輻射出去的熱量。例題二：一個面積為1m2的平板，表面溫度為400K，發(fā)射率為0.8。該平板置于一個溫度為300K的環(huán)境中。求該平板