一維穩態傳熱

一維穩態傳熱是指溫度僅沿一個方向變化，而且與時間無關。在導熱過程中，如果各空間位置處的溫度不隨時間發生變化，則稱為穩態傳熱，否則為非穩態傳熱。按照導熱體內的溫度在空間坐標維度上的變化情況，可以將傳熱問題分為一維、二維和三維傳熱問題。

基本介紹

• 中文名：一維穩態傳熱
• 外文名：one-dimensional steady-state heat transfer
• 特點：溫度僅沿一個方向變化
• 學科：傳熱學
• 例子：長熱力管道管壁的傳熱
• 影響因素：導熱係數、壁厚等

簡介

在穩態導熱過程中，物體的溫度不隨時間發生變化。應該說，絕對的穩態的傳熱是不存在的，所謂的穩態傳熱，只是在一定的時間範圍內，物體的溫度變化足夠小，我們將其近似處理的情況。工程上的許多導熱現象，可以歸結為溫度僅沿一個方向變化，而且與時間無關的一維穩態傳熱。例如，通過房間牆壁和長熱力管道管壁的傳熱等。

一維穩態傳熱過程的㶲傳遞規律

文獻利用一維穩態㶲傳遞方程，對平壁在第一類邊界調節下的一維穩態導熱過程的㶲傳遞做了數值計算，並就導熱係數為定值與變值的兩種計算結果進行了比較。結果表明：

（1）影響一維穩態㶲傳遞的傳遞的傳遞係數不僅與壁厚和導熱係數有關，傳遞過程中溫度場的分布還對其有決定性的影響。而溫度分布又取決於材料的物性及邊界條件，為此，分析研究物性情況下㶲傳遞規律就顯得尤為重要。

（2）對於受溫度影響較大的高性能絕熱材料，取導熱係數為定值在計算㶲傳遞係數和㶲流密度時會造成較大的誤差，只有係數a與b的比值大於1000時，才會與實際符合的較好。因此，當導熱係數很小時，㶲傳遞的計算過程中不可取其為定值。

（3）㶲流密度遞降率依賴於㶲傳遞係數和溫度的變化及平壁的厚度，溫度變化越明顯，導熱係數越大，壁厚越小，㶲流密度遞降率就越大，從而，要增強㶲傳遞的效果，增大㶲傳遞速率，減小傳遞過程中的㶲損失，就要儘量選用導熱係數大且隨溫度變化明顯的材料，且平壁不宜過厚。

基於一維穩態傳熱的相關分析研究

對一維穩態傳熱過程類電流求解方法的討論

文獻從傳熱學一道經常出錯的習題入手，利用熱流和熱阻的概念，提出了一維穩態傳熱過程兩種常見的解題方法。第一種方法得到了自相矛盾的結果，明顯違背了熱力學第二定律，但又似乎沒有邏輯問題。經過分析發現，熱流方向正向的預先假設對正確計算一維穩態導熱過程或者一維穩態傳熱過程關係重大。根據傅立葉定律、牛頓冷卻定律和不同的熱流正向假設，得到了正確的圓筒壁和球殼熱流計算方法。從這些計算方法可以看出，在某些情況下熱阻可以為負值，而且是在所有的熱阻均取負值時才能保證計算結果的正確。

多層組件常壓隔熱性能試驗研究

文獻為準確獲取被多層組件包覆的空間站常壓熱試驗之熱邊界，基於一維穩態傳熱模型，對15單元多組件的等效隔熱性能進行了常壓環境下的試驗測量。結果表明：該組件的熱特性較穩定，且受環境溫度影響較小，忽略相關測量誤差可以近似認為其當量導熱係數為0.02W/（m·K），等效熱阻為2.88℃/W。研究結果可用於空間站常壓熱試驗的熱邊界分析，為常壓熱試驗的準確開展提供數據支撐。

純金屬熱型連鑄模型化分析

文獻基於已有的熱型連鑄一維穩態傳熱模型及其分析解，導出了固-液界面前沿液相的溫度梯度G_L和冷卻速度R_L隨拉鑄速度V變化的關係式。計算結果表明，穩態熱型連鑄過程中，鑄坯固-液界面前沿液相溫度梯度G_L隨著拉鑄速度V的增加而減小；固-液界面前沿液相的冷卻速度R_L隨拉鑄速度V呈非單調變化，存在一個最大值。在“鑄型溫度-拉鑄速度”坐標系中繪製出固-液界面位置h、溫度梯度G_L和冷卻速度R_L的等值線圖，全面反映了穩態熱型連鑄過程中工藝參數的變化規律。計算所得的工藝相圖與文獻中由實驗結果總結出的工藝相圖相符。