第2讲导热理论基础

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1、第2讲第一章导热理论基础（2学时）上节回顾复习5min简单回答上节课提出的自然生活实例，强调重点，全书四部分，每部分从基础到应用引出传热过程本章主要内容：0.3传热过程lOmin例题0-1,0-25min第一章导热理论基础引言本章主要内容：5min（1）与导热有关的基本概念；（2）导热的基本定律；（3）导热现象的数学描述方法。第一节基本概念及傅里叶走律1.1基本概念：一•温度场：定义、分类（维的问题）5min二.等温面与等温线：定义、特征5min三.温度梯度：方向导数与梯度、温度梯度（分析）lOmin四.热流密度及热流矢

2、量（分析）5min1.2傅立叶定律：lOmin一.文字表述、物理意义、分析二.q的分量第二节导热系数5min2.1定义、物理意义2.2温度对导热系数的影响lOmin一.概述二.各物质导热系数：气体、液体、金属2.3多孔材料的导热系数：机理、保温材料、保温材料导热系数的影响因素（4点）lOmin小结5min对流图1・6墙壁传热图0.3传热过程（第10章）1.定义：热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。2.求解--维稳态传热过程中的热量传递（分步法；热阻法）分步法：由三个相互串联的坏节组成：（冬季外墙为

3、例）。通过平壁的稳态传热过程：q=J乂八——+—+—/?,Zh:热流最的求解，热阻网络图，传热系数k—=^-+4+?-切+〔+%—单伎执阳或面积执h}An2表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，•过程有关。例题0-1,0-2第一章导热理论基础本章主要内容：（1）与导热冇关的基本概念；（2）导热的基木定律；（3）导热现象的数学描述方法。（引）1.回顾导热定义，强调在导热过程中物体各部分之间没有宏观运动；2.导热过程的微观机理：气体、介电体、金属、液体3.导热问题研究前提：从连续介质的假设出发、从宏观的角度來讨论导热热流

4、量与物体温度分布及其他影响因素之间的关系。4.导热理论的任务：找出任何吋刻物体中各处的温度分布；5.研究方法：导热微分方程（理论分析法）导热问题是传热学中最易于用数学方法处理的热传递方式。因而我们能够在选定的研究系统中利用能量守恒定律和傅立叶定律建立起导热微分方程式，然后针对具体的导热问题求解其温度分布和热流量。最后达到解决工程实际问题的目的。第一章补充说明1.连续介质continuum流体力学或固体力学研究的基木假设之一。它认为流体或固体质点在空间是连续而无空隙地分布的，且质点具有宏观物理量如质量、速度、压强、温度等，

5、都是空间和时间的连续函数，满足一定的物理定律（如质量守恒定律、牛顿运动定律、能量守恒定律、热力学定律等）。所谓质点，实际是指微观充分大、宏观充分小的分子团，也称微团。即其尺度比分子或分子运动尺度足够大，它可以包含“无数”的分了，而比所研究力学问题的特征尺度足够小。冇了连续介质假设，就可以在流体力学研究屮广泛运用数学分析这一强有力的工具。实际流体的结构在般情况下是非常接近连续介质模型的。例如在冰点温度（273.15开）和标准大气压（101325帕）下，1立方厘米空气含分子约2.7x1019个，分子平均自由程约10-9M米（

6、液体比气体更为“致密”），1秒内分子碰撞约1029次。显然，从力学角度完全可以忽略分子结构的离散性和分子碰撞作用的间歇性，而认为物质是连续的。在特殊情况，如稀薄气体中，分了自由程相比力学特征尺度已不是非常小，因而连续介质假设不适用；激波层的厚度为分子最级，研究激波层屮的气体运动也不能用连续介质假设。2.导热微观机理从微观角度看，气体、液体、导电固体和非导电固体的导热机理是不同的。气体中，导热是气体分子不规则热运动是相互碰撞的结果。众所周知，气体的温度越高分子的运动动能越大，不同能量水平的分了相互碰撞的结果，使能量从高温处

7、传向低温处。导电固体屮有相当多的白由电子，它们在晶格之间像气体分子那样运动，自由电子的运动在导电固体的导热小起主要作用。非导电固体中，导热通过品格结构的振动，即原子、分子在其平衡位置附近的振动來实现。液体的导热机理十分复杂，有待于进一步的研究。3.何为“维”实际的导热物体，从几何形状上讲都是“三维”的，什么情况下可简化为'‘二维”或“一维”呢?在某一处标方向上温度不变化，则该处标方向上所代表的“维”可以去掉。例如一根细棒的导热问题，山于直径很小，温度在径方向基木一致，只有纵向有显著变化，这是典型的可化为“一维”的导热问题

8、。又如一面墙，从几何形状I二看是三维的，但若墙内各点温度沿高、宽方向变化很小，温差只体现于厚度方向，则可认为这是个一维问题。结论:只有温度在该方向上有不可忽略的变化时，该方向才成为“维”。导热问题中维的概念与几何形状是不同的。又三维向一、二维简化是近似的，抓住了主要矛盾，可大人降低求解难度。第一节基本概念及傅里叶定律