《传热学》第二章 稳态热传导

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1、第一章将论述传热学的研究内容，简介其在科学技术与工程领域的应用，扼要介绍热量传递的三种基本形式，以及由这些组合而成的传热过程，并给出三种基本传热方式及传热过程所传递热量的计算公式。本章的教学目的在于，使读者了解传热学的研究内容，并沟通普物以及工程热力学两门课程之间的关系。(1)导热Fourier定律：(2)对流换热Newton冷却公式：(3)热辐射Stenfan-Boltzmann定律：(4)传热过程-热阻第二章稳态热传导本章起将深入讨论热量传递三种基本方式的规律。为了解决工程中的传热问题，必须能够：1）准确地计算所研究过程中传递的热流量；2）准确地

2、预测物体中的温度分布。其中预测温度分布是关键。本章首先引出导热基本定律的最一般的数学表达式，然后介绍导热微分方程及相应的初始条件，它们构成了导热问题完整的数学描写。在此基础上，针对几个典型的一维导热问题进行分析求解，以获得物体中的温度分布和热流量的计算式。肋片是工程技术中广泛采用的增加换热表面积的有效方法，本章将分析肋片的导热问题并给出几个应用实例。具有内热源的导热在核反应堆等工程领域应用较广，本章将对一维的问题进行分析。最后简要介绍多维问题导热问题温度分布的求解方法以及导热量的计算方法。本章教学内容与要求【教学内容要点】1、傅里叶定律和导热微分方程

3、2、一维稳态导热的计算3、肋片的导热4、多维和有内热源的稳态热传导【教学要求】1、掌握傅里叶定律的内容和数学表达式2、了解导热微分方程的意义和推导方法3、掌握导热微分方程的三类边界条件4、掌握平板壁、圆筒壁、球壁、肋片的热传导特点和计算方法5、了解多维和有内热源问题的处理方法第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2-5具有内热源的一维导热问题2-6多维稳态导热问题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

4、容：一维稳态导热问题的分析解法3、了解内容：一维/多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

5、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（Temperaturefield）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

6、）（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（isoth

7、erms）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

8、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