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数本身的物理意义,集总热容法的基本思想是:当物体与环境进行热交换时,若物体内部 的热阻相对于物体与环境的热阻相比小一个数量级时,即可将问题(1)转化为问题(2)。 无疑,式(3)的立论是清楚的,它提出了使问题互相转化的一个定量判据,这比笼统地用导 热系数无穷大为判据前进了一步。但是,式(3)所表示的转化条件是不充分的。它认为,只 要B数足够小(<0.1),就可认为物体内温度均匀,而与传热过程所经历的时间无关。其 实,从严格的意义上说,式(3)所示物体内温度均匀的判据只在稳态传热过程中才显示出它 的正确性,试以图1所示一维稳态导热为例,从温度为T:1的高温流体经过平板向温度为 T:的低温流体进行传热时,若B:<0.1,(T:1-T:2)这个传热过程的总温差只有不足 10%降落在平板内部。作为工程上近似计算,可认为平板的温度均匀一致,其值由环境 条件a与T,确定。 在文献〔4)中对式(3)视为温度均匀的判据条件提出了疑义。 (3)文献〔4)指出,式(3)所示的准则忽略了时间因素。例如,在图2所示, 一侧绝热另一侧受对流换热的平板的非稳态传热过程中,当时间τ很小时,环境对物体传 热所造成的影响只涉及物体表面一薄层区,而整个物体内部还处于原始状态(如同流体 掠过平板所造成的边界层,速度与温度降落均在这一层内)。这种情形在各种瞬态加热 (如激光脉冲加热)是常遇到的,此时,既便是B<0.1,也不能忽略整个平板内的温 度分布而盲目地认为平板内温度为一均匀值。 在上述分析基础上,文献〔4〕提出了判别物体内温度是否达到均匀的准则,并把 这种可视为温度均匀的物体称为薄壁物体。 仍以图2所示问题为例,薄壁物体的条件是:平板内部某种无量纲的温度差等于或 小于某一给定值。具体地说,用如下无量纲的温度差作为判据准则: 〔T(L)-T(0))/〔T(L)-T。)≤某一常数 (4) 文献〔4〕中图示了式(4)中的常数分别为1%,5%,10%6时,以此作为薄壁近似 准则,得到Fo数与Bi数的关系。 Incresse T=T T=T0 X=L X=0 图1稳态工况下平板内温度分布 图2非稳态工况下平板内温度分布 Fig.1 Stead state temperature Fig.2 Unstead state temperature distribution in a plane wall distribution in a plane wall 由图3可清楚地看到,B数与户。数都是判别物体是否可视为薄壁物体的因素。由图 中还可看到,当Fo数很小时,无论B数取何值,都不应把物体视为薄壁,在这时,不 150数 本身的物理意义 , 集总 热容法的基本思想是 当物体与环境进行热交换时 , 若物体内部 的热阻柑对于物体与环境的热阻相 比小 一个数量级时 , 即 可将 问题 转化为 问题 。 无疑 , 式 的立论是清楚的 , 它提 出 了使问题互相转化的一个定量判 据 , 这 比笼统地用 导 热系数无穷大为判 据前进 了一步 。 但是 , 式 所表示的转化条件是 不充分的 。 它认为 , 只 要 数足够小 。 ‘ , 就可认为物体 内温 度均匀 , 而与传热过程所经历的时 间无关 。 其 实 , 从严格的意义上说 , 式 所示物体内温度 均匀 的判 据只在稳 态传热过程中才 显示出它 的正确性 , 试 以图 所示一维稳态导热为例 , 从温度为 的高温流体经过平板 向温度为 的低温流体进行传热时 , 若 , 一 这 个传热过程的总温差 只有 不足 降落在平板 内部 。 作 为工程 上 近似计 算 , 可认 为平板 的温度均匀 一致 , 其值由环 境 条件 与 确 定 。 在文献〔 〕 中对式 视为温 度均匀 的判据条件提 出了疑 义 。 文献 〔 〕 指 出 , 式 所 示的准则忽略 了时 间因素 。 例 如 , 在 图 所 示 , 一 侧绝热 另一侧受对流换热的平板的非稳 态传热过程 中 , 当时 间讨良小 时 , 环境对物体传 热所造成的影响只涉及物体表面一薄层 区 , 而整个物体内部还处于原始状态 如 同 流体 掠过平板所造成的边界层 , 速度与温度降 落均在这一层 内 。 这种情形在各种瞬态加热 如激光脉冲加热 是 常遇到 的 , 此时 , 既便是 , 也不 能忽略整个平板 内的 温 度分布而盲 目地认为平板内温度为一均匀 值 。 在上述分析基础上 , 文 献 〔 〕 提 出 了判别 物 体 内温度 是否达到 均匀 的准则 , 并把 这 种可视为温度 均匀的物体称为薄壁 物体 。 仍以 图 所 示问题为例 , 薄壁物体的条件是 平板 内部某种无量纲的温度差等于或 小 于某一给定值 。 具体地 说 , 用 如下无量纲的温 度差作为判 据准则 〔 一 〔 一 。 〕 某一常数 文献 〔 〕 中图示 了式 中的常 数分别为 , , 时 , 以此作为薄壁近似 谁则 , 得到 。 数与 数的关系 。 勺一 巳 二 , 仁 二 。 图 稳态工 况下平板内温度分布 ‘ 。 皿 呜 卜 元 汇 图 非稳态工况下平板内温度分布 由图 可清楚 地 看到 , 数 与厂。 数都 是 判别 物 体 是否可视 为薄 壁物 体的 因素 。 由图 中还可 看 到 , 当 。 数很小 时 , 无论 数 取何 值 , 都不应把物体视为薄壁 , 在 这 时 , 不
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