稳态热传导2011.ppt

《稳态热传导2011.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、思考题：1.4传热学研究方法（1）理论研究——数学分析法、比拟法、数值模拟（2）实验研究——在相似原理指导下建立试验台，利用得出的充足的实验数据整理成特征实验关联式。第二章稳态热传导2.1导热基本定律1、温度场：某一时刻,空间所有各点的温度分布。直角坐标系下用数学表达式来描述：t=f(x,y,z,τ)式中：t:温度x,y,z:空间坐标τ：时间温度场是空间和时间的函数一、基本概念温度场根据温度是否随时间变化分为：（1）稳态温度场：仅是空间的函数一维稳态温度场：t=f(x)（2）非稳态温度场：t=f(x,y,z,τ)t=f(x,y,z)导热过程根据温度

2、场是否随时间变化分为：（1）稳态导热（2）非稳态导热2、等温面与等温线：1）等温面：某一时刻温度场中所有温度相同的点连接构成的面2）等温线：用一个平面与不同的等温面相交时，在这个平面上得到一簇交线就是等温线。3）等温面与等温线性质：同一时刻，不同温度的等温面或等温线不能相交；等温面和等温线上不会有热量传递连续的温度场中等温线是连续的，它只能中断在物体的边界上。3、温度梯度：两个等温面之间的距离趋近于零时，法线方向上的温度变化率。数学表达式：式中，是等温面法线方向的单位向量，表示温度在法线方向上变化率温度梯度是一向量，具有方向性，它指向温度增加的方向

3、二、导热基本定律（傅立叶定律）1、傅立叶定律:单位时间内，通过单位面积的热量正比于该处的温度梯度数学表达式：（向量形式）q:热流密度；W/m2;λ：热导率(导热系数),W/(m·K):温度梯度，K/m物理意义：单位时间内，通过单位面积所传递的热量，即热流密度。热流密度正比例于温度梯度，比例系数为热导率（导热系数）λ；负号表示热量传递的方向与温度梯度方向相反；当给定导热面上热流密度相同时，热流量可表示为：Φ=-λAΔt/δ（W）比较前面给出的Φ=λAΔt/δ：（1）在δ范围内，Δt/δ是常数（2）导热面上的热流密度相同2、热导率（导热系数）λ：数学定

4、义式：数值上是单位温度梯度下，物体内所产生的热流密度，单位：W/m·K（W/m·℃）注：工程中采用的热导率，一般都由实验方法测定。热导率λ是物质的一重要的热物性参数，表征了物质的导热能力大小。与热导率相关的因素：（1）物质种类、状态、成分、结构；（2）物质的密度、湿度；（3）物质的温度、压力等。不同物质热导率的差异：构造差别、导热机理不同1）气体的热导率气体的导热：由于分子的热运动和相互碰撞时发生的能量传递气体分子运动理论：常温常压下气体热导率可表示为：除非压力很低或很高，在2.67×10-3MPa~2.0×103MPa范围内，气体的热导率基本不随

5、压力变化：气体分子运动的均方根速度气体的温度升高时：气体分子运动速度和定容比热随T升高而增大。气体的热导率随温度升高而增大：气体分子在两次碰撞间平均自由行程：气体的密度；：气体的定容比热气体的压力升高时：气体的密度增大、平均自由行程减小、而两者的乘积保持不变。混合气体热导率不能用部分求和的方法求；只能靠实验测定分子质量小的气体（H2、He）热导率较大—分子运动速度高2）液体的热导率特点：液体缔合性质不同，随温度变化规律不同，例如水的导热系数随温度变化出现极大值。3）固体的热导率纯金属的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动主要依靠前者金属导热与导电机

6、理一致；良导电体为良导热体：(1)金属的热导率：—晶格振动的加强干扰自由电子运动一般在12~420W/(m·K)合金：金属中掺入任何杂质将破坏晶格的完整性，干扰自由电子的运动金属的加工过程也会造成晶格的缺陷合金的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动；主要依靠后者温度升高、晶格振动加强、导热增强如常温下：黄铜：70%Cu,30%Zn（2）非金属导热：主要依靠晶格振动，一般如建筑材料，保温材料。特点：导热系数（大多数）随温度升高而上升。潮湿材料的导热系数，高于干燥材料的导热系数。隔热保温材料的导热系数λ<0.12W/(m·K)。密度、含水率对导热系数的

7、影响：（1）纤维状或多孔结构保温材料，用表观热导率（2）一定温度下，存在最佳密度，此时热导率最小（3）含水率增加，导致多孔材料的表观热导率增加三、导热微分方程及定解条件求解导热问题的实质是获得温度场，为了从数学上获得导热物体温度场的解析表达式，需要建立物体温度分布函数，应当满足的基本方程式—导热微分方程。基本思想推导（1）物理问题描述三维的非稳态导热体，且物体内有内热源（导热以外其它形式的热量，如化学反应能、电能等）。（2）假设条件所研究的物体是各向同性的连续介质；导热率、比热容和密度均为常数；内热源均匀分布，强度为[W/m3]；导热体与外界没有功

8、的交换。理论基础：傅里叶定律+热力学第一定律（3）建立坐标系，取分析对象（微元体）在直角坐标系中进行分析xyzdxdydz