传热学B-机械专业-第二章(1).ppt

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1、传热学B陈聪2011.3第二章稳态热传导2.1导热基本定律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2.2导热微分方程2.1导热基本定律（1）导热特性气体气体的导热：由于分子的热运动和相互碰撞时发生的能量传递2.1导热基本定律（1）导热特性气体气体分子运动的均方根速度气体分子在两次碰撞间平均自由程气体的密度气体的定容比热根据气体分子运动理论，常温常压下气体热导率可表示为：温度导热系数压力导热系数2.1导热基本定律（1）导热特性气体氢气和氦气具有比其他气体高得多的导热系数

2、。在高温气冷核反应堆中作为首选载热流体。2.1导热基本定律（1）导热特性固体固体的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动非导电固体：晶格结构振动产生的弹性波导电固体：自由电子的运动2.1导热基本定律（1）导热特性液体液体的导热：类似于固体或类似于气体2.1导热基本定律（1）导热特性导热系数与温度的关系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：2.1导热基本定律（1）导热特性导热系数与方向的关系各向异性材料：不同方向上的导热系数不同。均匀各向同性均匀各向异性不均匀各向同性不均匀

3、各向异性2.1导热基本定律（1）导热特性保温材料508090年代0.23[W/(mK)]0.140.12温度不高于350℃时2.1导热基本定律（1）导热特性呈多孔状或者具有纤维结构。保温材料4.腔壁面的热辐射1.固体材料的导热3.孔隙内气体的导热2.孔隙内气体的自然对流冬天，棉被经过晒后拍打，为什么感觉特别暖和?8空气热传导热对流空气空气在狭小的棉絮空间内自然对流换热不容易展开，由于空气导热系数很低，故起到很好的保温作用。2.1导热基本定律（2）导热基本定律的一般描述温度场：在各个时刻物体内各点温度分布的总称稳

4、态温度场非稳态温度场连续性假设温度场2.1导热基本定律（2）导热基本定律的一般描述等温线和等温面等温线：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(1)温度不同的等温面或等温线彼此不能相交(2)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2.1导热基本定律（2）导热基本定律的一般描述等温线图每条等温线间的温度间隔都相等，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

5、+Δt2.1导热基本定律（2）导热基本定律的一般描述温度梯度系统中某一点所在的等温面与相邻等温面之间的温差与其法线方向间的距离之比的极限为该点的温度梯度，记为gradt稳态温度场或者非稳态温度场瞬时:温度梯度是向量；正向朝着温度增加的方向沿温度梯度方向，温度变化最快可以看作各个方向上温度变化率的合集2.1导热基本定律（2）导热基本定律的一般描述热流密度矢量q这里，热流密度矢量特别针对沿着温度梯度方向发生的热传递。温度梯度和热流密度的方向都是在等温面的法线方向。对于各向同性材料，热流密度矢量方向是热流密度最大的方

6、向，也可以看作各个方向热流密度的合集。2.1导热基本定律（2）导热基本定律的一般描述傅里叶定律：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t1t20xδndtdntt+dt傅立叶导热定律的一般形式2.2导热问题的数学描写（1）导热微分方程dxdydz微元体内热力学能的增加微元体内产生的能量导入微元体内的净热能2.2导热问题的数学描写（1）导热微分方程dxdydz单位时间，单位体积内产生的热力学能2.2导热问题的数学描写（1）导热微分方程dxdydz2.2导热问题的数学描写（1）导热微分方程dxdyd

7、z2.2导热问题的数学描写（1）导热微分方程非稳态项实质：能量守恒定律扩散项源项2.2导热问题的数学描写（1）导热微分方程对于圆柱坐标系2.2导热问题的数学描写（1）导热微分方程对于球坐标系2.2导热问题的数学描写（2）导热微分方程的简化导热系数为常数2.2导热问题的数学描写（2）导热微分方程的简化导热系数为常数反映了导热过程中材料的导热能力（）与沿途物质储热能力（c）之间的关系，其数值越大，物体中温度变化传播的越快。反映导热过程动态特性，研究非稳态导热重要物理量。其数值越大，在相同温度梯度下，可以传导更多

8、的热量其数值越大，温度升高1℃所吸收的热量越少，可以剩下更多的热量向物体内部传递，使物体内温度更快的随界面温度升高而升高。热扩散率热扩散系数导温系数2.2导热问题的数学描写（2）导热微分方程的简化导热系数为常数、无内热源2.2导热问题的数学描写（2）导热微分方程的简化导热系数为常数、稳态泊松(Poisson)方程2.2导热问题的数学描写（2）导热微分方程的简化导热系数为常数、稳态、无内