第2章导热理论基础以及稳态导热ppt课件.ppt

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1、传热学第2章导热基本定律及稳态导热2-1导热基本定律－傅里叶定律2-2导热问题的数学描写2-3典型一维稳态导热问题的分析解2-4通过肋片的导热1、重点内容：①傅立叶定律及其应用；②导热系数及其影响因素；③导热问题的数学模型。2、掌握内容：一维稳态导热问题的分析解法3、了解内容：一维有内热源的导热问题气体：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不同能量水平的分子相互碰撞，使热能从高温传到低温处2.1导热基本定律－傅里叶定律2.1.1导热机理导电固体：其中有许多自由电子，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

2、电固体的导热中起主导作用。非导电固体：导热是通过晶格结构的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现的。液体的导热机理：存在两种不同的观点第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。说明：只研究导热现象的宏观规律。1、概念温度场是指在各个时刻物体内各点温度分布的总称。一般地讲，物体的温度分布是坐标和时间的函数：其中为空间坐标，为时间坐标。2.1.2、温度场（Temper

3、aturefield）2、温度场分类1）按照时间坐标分类稳态温度场（定常温度场）（Steady-stateconduction）是指在稳态条件下物体各点的温度分布不随时间的改变而变化的温度场称稳态温度场，其表达式：非稳态温度场（非定常温度场）（Transientconduction）是指在变动工作条件下，物体中各点的温度分布随时间而变化的温度场称非稳态温度场，其表达式：2）按照空间坐标分类一维温度场若物体温度仅一个方向有变化，这种情况下的温度场称一维温度场。二维温度场三维温度场根据温度场表达式，可分析出导热过程是几维、稳态或非稳态的现象，温度场

4、是几维的、稳态的或非稳态的。二维，稳态一维，非稳态稳态温度场稳态导热（Steady-stateconduction）非稳态温度场非稳态导热（Transientconduction）三维稳态温度场：一维稳态温度场:3、等温面与等温线等温线（isotherms）用一个平面与各等温面相交，在这个平面上得到一个等温线簇等温面（isothermalsurface）同一时刻、温度场中所有温度相同的点连接起来所构成的面物体的温度场通常用等温面或等温线表示等温面与等温线的特点：温度不同的等温面或等温线彼此不能相交在连续的温度场中，等温面或等温线不会中断，它们或

5、者是物体中完全封闭的曲面（曲线），或者就终止与物体的边界上沿等温面（线）无热量传递等温线图的物理意义：若每条等温线间的温度间隔相等时，等温线的疏密可反映出不同区域导热热流密度的大小。tt-Δtt+Δt2.1.3导热基本定律在导热现象中，单位时间内通过给定截面所传递的热量，正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率，而热量传递的方向与温度升高的方向相反，即数学表达式：（负号表示热量传递方向与温度升高方向相反）用热流密度表示：其中——热流密度(单位时间内通过单位面积的热流量)——物体温度沿x轴方向的变化率当物体的温度是三个坐标的函数时，其形式为:是空间

6、某点的温度梯度；是通过该点等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；是该处的热流密度矢量。t1t20xδndtdntt+dtt1t20xδndtdntt+dt负号是因为热流密度与温度梯度的方向不一致而加上傅里叶定律可表述为:系统中任一点的热流密度与该点的温度梯度成正比而方向相反注：傅里叶定律只适用于各向同性材料各向同性材料：热导率在各个方向是相同的傅立叶定律的一般形式的数学表达式温度梯度和热流密度的方向都是在等温面的法线方向。由于热流是从高温处流向低温处，因而温度梯度和热流密度的方向正好相反。t+Δttt-Δt2.1.4、导热系数1、定义傅

7、利叶定律给出了导热系数的定义:w/m·℃导热系数在数值上等于单位温度梯度作用下单位时间内单位面积的热量。导热系数是物性参数，它与物质结构和状态密切相关，例如物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等，与物质几何形状无关。它反映了物质微观粒子传递热量的特性。不同物质的导热性能不同：0˚C时：同一种物质的导热系数也会因其状态参数的不同而改变，因而导热系数是物质温度和压力的函数。一般把导热系数仅仅视为温度的函数，而且在一定温度范围还可以用一种线性关系来描述273K时物质的导热系数导热系数的确定工程计算采用的各种物质的导热系数的数值都是用专门实验测

8、定出来的。测量方法包括稳态测量方法和非稳态测量方法。物质的导热系数值可以查阅相关文献。2、保温材料（隔热、绝热材料）把导热系数小的材料称保温材料。我国