《导热的理论基础》PPT课件

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1、第二章导热基本定律和稳态导热§2-1基本概念和导热基本定律§2-2物质的导热特性§2-3导热问题的数学描述§2-1基本概念和导热基本定律一、温度场和温度梯度1、温度场概念指在某一瞬间物体内各点温度分布的总称。由傅立叶定律知，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、温度场分类1）稳态温度场(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：2）非稳态温度场（Transientconduction）是指

2、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：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。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：一维温度场:3、等温面与等温线等温线：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：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等温面与等温线的特点：(1)温度不同的等温面或等温线彼此不能相交(2

3、)在连续的温度场中，等温面或等温线不会中断，它们或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物体的温度场通常用等温面或等温线表示(3)沿等温线无热流变化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。如图所示是用等温线图表示温度场的实例。tt-Δtt+Δt4、温度梯度（Temperaturegradient）等温面上没有温差，不会有热传递。不同的等温面之间，有温差，有导热温度梯度是用以反映温度场在空间的变化特征的物理量。系统中某一点所在的

4、等温面与相邻等温面之间的温差与其法线间的距离之比的极限为该点的温度梯度，记为gradt。两相邻等温面之间以法线方向的热量交换最显著温度梯度是向量(矢量)；正向朝着温度增加的方向5、热流密度矢量（Heatflux）热流密度：单位时间、单位面积上所传递的热量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-Δt二、导热基本定律—傅里叶定律1822年，傅里叶(J.Fourier)在固体导热实验的基础上，发现了导热热流密度矢量与温度梯

5、度间的变化规律：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（温度梯度），而热量传递的方向与温度升高的方向相反。——傅里叶定律的文字表达式数学表达形式为:是空间某点的温度梯度；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+dt负号是因为热流密度与温度梯度的方向不一致而加上适用条件：各向同性、均质材料；固液气三相；不适用于深冷或高热流密度情况。矢量：热流密度垂直于等温面，且向着温度降低的方向。导热系数可定

6、义为在数值上等于单位温度梯度下的热流密度。温度梯度与热流密度矢量的关系表示了微元面积dA附近的温度分布及垂直于该微元面积的热流密度矢量的关系。1）热流线定义：热流线是一组与等温线处处垂直的曲线，通过平面上任一点的热流线与该点的热流密度矢量相切。表示热流方向2）热流密度矢量与热流线的关系：在整个物体中，热流密度矢量的走向可用热流线表示。如图示，其特点是相邻两个热流线之间所传递的热流密度矢量处处相等，构成一热流通道。1、定义：由傅里叶定律的定义给出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

7、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(体)导热能力的大小，是材料固有的热物理性质。§2-2物质的导热特性①状态、成分和结构三种相态导热机理不同固体：金属—自由电子；非金属—晶格结构振动气体：分子不规则运动液体：介于二者之间2、影响导热系数大小因素物体的导热机理气体：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。导电固体：其中有许多

8、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