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非稳态导热的能量守恒方程

非稳态导热的能量守恒方程

作者: 热流工程师之路 | 来源:发表于2019-04-09 22:19 被阅读0次

    传统的《传热学》教材中通常会包含非稳态导热的内容,教材中通常会直接给出下列模型:
    rho*V*c*\frac{dT}{dt}=gamma*A*(T-Tenv)
    其中等式左边是怎样得到的?我们可以借助宏观的能量守恒方程进行简单推导。

    宏观能量守恒方程

    \frac{dE}{dt}=mdot_{in}*E_{in}-mdot_{out}*E_{out}+Q-W

    宏观能量守恒方程怎样转换为非稳态导热方程?

    由于在非稳态导热的情况下,没有外界做功、流动功、流入流出总能、忽略动能和势能的变化,经过简化得到适用于非稳态导热的能量守恒:
    \frac{dU}{dt}=Q

    非稳态导热方程进一步简化:

    进行简化使用到的假设:

    • 对于不可压缩物质u=u(T);
    • \frac{du}{dt}=c,其中c为比热容。对于不可压缩物质,cp和cv相差不大,统一用c表示;

    \frac{dU}{dt}=\frac{dmu}{dt}
    =rho*V*\frac{du}{dt}
    =rho*V*c*\frac{dT}{dt}

    最终得到:

    rho*V*c*\frac{dT}{dt}=gamma*A*(T-Tenv)
    仅考虑了物体于环境的对流换热

    参考资料

    Heat_Transfer_Gregory_Nellis,Sanford_Klein,page 303

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