第2章导热的理论基础简化版 ppt课件

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1、第2章导热的理论基础学习目标：掌握导热问题的基本理论——计算导热体内的温度分布——求出相应的热流量内容与思路：——基本概念——导热的特殊规律:关于热流量——导热问题的数学描述：关于温度分布2－1导热的基本概念和定律一基本概念／1温度场1温度场（TemperatureField）手握铁棒（不很长）放在炉火中烧——火中的一端温度很高，手握一端温度较低——手握一端也会慢慢变烫2－1导热的基本概念和定律一基本概念／1温度场场：将分布着某种物理量的空间或空间区域如电场、密度场、电位场、流速场、力场、磁场温度场：将某一瞬间(某时刻

2、)物体内部各点的温度分布或温度的集合温度场是标量场2－1导热的基本概念和定律一基本概念／1温度场按温度场是否随时间变化：稳定(Steady-state)温度场：物体内各点温度不随时间变化稳态温度场、定常温度场2－1导热的基本概念和定律一基本概念／1温度场非稳态(Unsteady-state)温度场不稳定温度场、非定常温度场2－1导热的基本概念和定律一基本概念／1温度场按温度场在空间上的变化：一维温度场二维温度场三维温度场求温度场：确定函数f的具体表达式2－1导热的基本概念和定律一基本概念／2等温面2等温面（isothe

3、rmalsurface）等温面：温度场中同一瞬间温度相同的各点连成的面在二维平面上等温面表现为等温线（iostherm）2－1导热的基本概念和定律一基本概念／2等温面内燃机活塞的温度场2－1导热的基本概念和定律一基本概念／2等温面埋深为1.5m的非保温输油管道周围地层的温度场2－1导热的基本概念和定律一基本概念／2等温面等温线（面）的特点：——形象、直观（1）同一时刻，温度不同的等温线不可能相交（2）沿等温线，无热量的传递2－1导热的基本概念和定律一基本概念／2等温面等温线（面）的特点：（3）连续介质的等温线只能在物体

4、的边界中断或封闭（4）等温线疏密表示了温度变化的剧烈程度2－1导热的基本概念和定律一基本概念／3温度梯度等温线上无温度变化；跨越等温线，温度要变化是否存在最大的方向？不同方向上的温度变化率是否相同？2－1导热的基本概念和定律一基本概念／3温度梯度法线方向上的温度变化率为最大，称为温度梯度记作gradt（gradient）:n表示等温线上某点法线方向的单位向量2－1导热的基本概念和定律一基本概念／温度梯度温度梯度是矢量：——指向温度升高的方向——具有最大的温度变化率2－1导热的基本概念和定律一基本概念／温度梯度直角坐标系

5、中的温度梯度：式中，i、j和k分别表示三个坐标方向的单位矢量气体：——各种气体是由相应的气体分子构成——气体分子做无规则的热运动具有较大的自由度气体的导热机理：气体分子不规则热运动时相互碰撞而进行能量交换的结果2－1导热的基本概念和定律二物质的导热机理导电固体（金属等）——原子＋自由电子构成——自由电子在金属晶格中能够象气体分子那样运动机理：依靠自由电子的定向运动传递热量，与导电机理相似2－1导热的基本概念和定律二物质的导热机理非导电固体——没有自由电子，只有构成物质的原子——排列成一定晶格结构——原子是在其平衡位置附

6、近不断地振动，这种振动称为弹性波2－1导热的基本概念和定律二物质的导热机理温度不同、振动剧烈程度不同机理：依靠其原子在各自平衡位置附近的振动实现热量的传递——导热能力比较差2－1导热的基本概念和定律二物质的导热机理液体结构复杂，导热机理不明确——一种观点认为类似于气体——一种观点认为非导电固体2－1导热的基本概念和定律二物质的导热机理2－1导热的基本概念和定律三导热的基本定律导热基本定律就是指傅里叶定律（Fourier’slaw）傅里叶在1822年出版的著作《热的解析理论》中提出的傅里叶是导热理论的奠基人2－1导热的基

7、本概念和定律三导热的基本定律Fourier定律的表述：在任意时刻，各向同性连续介质内任意位置处的热流密度在数值上与该点的温度梯度成正比，但方向相反是唯象定律2－1导热的基本概念和定律三导热的基本定律式中，λ为比例系数，称为导热系数（或称热导率）负号：热量传递的方向与温度梯度的方向相反2－1导热的基本概念和定律三导热的基本定律热流密度是矢量：——与温度梯度位于等温线同一的法线上——方向相反，永远指向温度降低的方向在直角坐标系下：2－1导热的基本概念和定律三导热的基本定律由此得到：2－1导热的基本概念和定律三导热的基本定律

8、傅里叶定律，又称为导热的热流速率方程实验定律傅里叶定律是研究和分析各种导热问题的基础傅里叶定律是导热这种特定传热方式的特殊规律2－1导热的基本概念和定律四热导率（导热系数）1定义式数值上等于单位温度梯度下通过物体的热流密度值反映了物质导热能力的大小W/(m·k)2－1导热的基本概念和定律四热导率（导热系数）导热系数：物质固有的热物