[工学]传热传质学第2章-40学时

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1、第二章导热HEATCONDUCTIONt1t2t=f(x)引言第二章导热工程应用背景导热问题的分类※稳态导热问题※非稳态导热问题※一维、二维及三维导热问题定义——某一瞬间物体内各点温度的总称。2.1.1温度场(TemperatureFiled)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)等温线的特点等温面(线)─温度场中同一时刻同一温度所有点相连组成的曲面或平面(曲线)。1等温线能不能相交不能2能不能在物体内中断不能3沿等温面有没有热流传递物体中的温度只在与等温线的方向上变化没有交叉2.1.2温度梯度(TemperatureGradi

2、ent)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)一个等温线的例子(2002年旋转盘表面液晶测温）温度梯度──1、向量；2、方向沿等温面的法向指向温度增大的一边；3、大小等于温度在该方向上的方向导数。2.1.2温度梯度(TemperatureGradient)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)2.1.2温度梯度(TemperatureGradient)温度梯度在直角坐标系中x,y,z轴的投影：温度梯度在直角坐标系中表

3、示：2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)单位时间、单位面积上的传热量(热流密度)与温度梯度成正比。傅立叶定律─Fourier’sLaw(1822年)2.1.3傅立叶定律──导热的基本定律Theheattransferredperunitareaandperunittime(heatflux)isproportionaltothetemperaturegradient.J.B.BiotJ.B.J.Fourierl——导热系数,W/(m·℃)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)2.1.3傅立

4、叶定律──导热的基本定律在直角坐标系中的分量2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)2.1.3傅立叶定律──导热的基本定律通过某一微元面积dA的热流：2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)2.1.3傅立叶定律──导热的基本定律例：判断各边界面的热流方向2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)xt无限长微观粒子热运动的结果气体——分子的无规则热运动导热机理：2.1.4导热机理(Themechanismofheatconduction)2.1导热基本定律(The

5、BasicLawofHeatConduction)固体——自由电子（导电固体）弹性波（非导电固体）微观粒子热运动的结果导热机理：2.1.4导热机理(Themechanismofheatconduction)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)液体——无定论微观粒子热运动的结果导热机理：2.1.4导热机理(Themechanismofheatconduction)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)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；

6、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。2.1.5导热系数(ThermalConductivity)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)热导率的数值表征物质导热能力大小。实验测定:影响热导率的因素：物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等l金属>l非金属l固相>l液相>l气相;气体：0.006-0.6W/(m·℃)与分子量密切相关，分子量越小，l越大；温度增加，l增大；与压力的关系不大；20℃空气l=2.1.5导热系数(The

7、rmalConductivity)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)0.0259W/(m·℃)；混合气体的热导率不能用部分求和的方法来求，只能用实验的方法。液体：0.01-0.7W/(m·℃)除水和甘油外，液体的l随温升高而减小。分子量越大，l越小。20℃水l=0.559W/(m·℃)2.1.5导热系数(ThermalConductivity)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)2.1导热基本定律(TheBasicLawofHeatConduction)电影《泰坦尼克号》里，为什么