传热学ch2稳态导热.ppt

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1、传热学第二章导热基本定律及稳态导热2.1导热的基本概念和定律2.1.1温度场和温度梯度1）温度场：某一瞬间物体内部各点温度的大小，即为该时刻的温度场。t=(x，y，z，τ)三维瞬态温度场表达式x，y，z——空间坐标t——温度符号τ——时间公式分析：稳态、非稳态、一维、二维、三维2.1导热的基本概念和定律举例：温度场汽轮机汽缸、转子、阀门的温度场空调房间的温度场锅炉汽包、炉膛、水平烟道的温度场散热片温度场铸件温度场汽轮机模型双层汽缸汽缸与螺栓温度场汽轮机转子汽轮机升速曲线汽轮机冷态启动时阀体温度场调节阀三维瞬态温

2、度场温度场的监测软件转子温度场监测转子三维温度场转子启动温度场转子启动温度场转子模型和裂纹散热片的温度场空调房间的流场空调房间的温度场不同颜色显示的温度场锅炉温度应力场管壳换热器的温度场管道的温度应力场锅炉水平烟道温度场铸件的温度场2.1导热的基本概念和定律2）温度场的分类和维度第一类：稳态温度场，表现为温度场内温度不随时间变化。t=(x，y，z)第二类：非稳态温度场，表现为温度场内温度分布随时间变化。t=(x，y，z，τ)特殊情况下，物体温度仅在一个方向有变化。t=(x)t=(x，τ)注：大平壁和长圆筒的导热

3、可以认为是一维的。2.1导热的基本概念和定律3）等温面和等温线在三维的温度场中同一瞬间、相同温度各点连成的面称为等温面。在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。讨论：等温面和等温线的性质2.1导热的基本概念和定律性质：同一等温面内没有热量传递等温面之间不会相交等温面的疏密可以直观反映出不同区域温度梯度的大小。导热体内等温面（或线）越密集的地方，温度变化就越剧烈。讨论：工程常见物体等温面的形状在一般情况下，物体中有许多连续的点的温度是相等的，分析大平板、长圆筒和球壳状物体等温面的形状。等温面大平壁的温度曲线等温

4、面长圆筒等温面南海区域等温面2.1导热的基本概念和定律4）温度梯度温度场沿等温线法线（n）方向的方向导数，对于一维温度场，可用代替等温线法线方向指向温度升高的方向，数值上等于温度场在该点的方向导数。2.1导热的基本概念和定律花絮：温度梯度的意义从一条等温线上的某一点变化到另外一条等温线上，可以有无穷多不同的路径，但所有不同路径的温度变化相同，因此温度差除以路径的比值（方向导数）不一样。在所有方向中，有且必有唯一一条路径最短，其方向导数最大，这一方向必是等温线在该点的法线方向，数学上将这一方向的导数称为梯度（矢量

5、），传热学中就将温度在这一方向的导数称为温度梯度。2.1导热的基本概念和定律2.1.2导热基本定律1）傅里叶导热定律定义式：λ——导热系数A——传热面积，单位为m²t——温度，单位为K物理意义：通过物体内某点微元面积dA，在单位时间里传递的热量与该点处的温度梯度以及截面面积成正比。导热基本定律说明的是通过物体中任一点导热量的大小，热量传递的方向和温度传递的方向相反。2.1导热的基本概念和定律dΦ/dA为通过该点的热流密度，傅里叶定律的热流密度表达式写为：负号表示热流方向和温度梯度方向相反，即指向温度降低的方向。

6、q是沿n方向传递的热流密度（严格地说热流密度是矢量，所以q应是热流密度矢量在n方向的分量）单位为W/m²。是物体沿n方向的温度变化率2.1导热的基本概念和定律傅里叶定律一般形式的数学表达式：gradt是空间某点的温度梯度；负号表示传热方向与温度梯度方向相反λ表征材料导热性能的物性参数（λ越大，导热性能越好）2.1导热的基本概念和定律2）热流线和热流方向温度场中的一条有向曲线，如果该曲线上每一点切线的方向就是物体中该点的热量流动方向，这样的线即为热流线。热流线的性质：（1）和等温线处处垂直；（2）方向为温度梯度的

7、反方向。物体中每一点的热流方向可用热流线形象表示，在傅里叶定律中负号也表示了每一点的热流方向。2.1导热的基本概念和定律3）导热基本定律的作用它和热量平衡方程一起作为研究导热规律的基础，复杂导热现象的研究以这二个方程为出发点。2.1导热的基本概念和定律2.1.3热导率(导热系数)热导率表示物体的导热能力，它是物体所固有的性质，称为物性参数。物体的这种和热有关的性质，和比热容、热膨胀性等也称为热物性。对于一些常见材料的热导率，可查书317~327页的数据表。物理意义：在数值上等于温度梯度为1K/m时的热流密度值。

8、注：根据傅里叶导热微分方程可得定义式课堂讨论：导热系数的影响因素与组成材料中电子、分子、原子的热运动有关，与分子结构有关、与环境温度、环境湿度有关，受众多因素影响。同一物质在不同状态时固态热导率＞液态热导率＞气（汽）态热导率1）不同物质的导热机理a.固体、液体和气（汽）体固体靠组成固体的微粒的运动（振动或热运动）导热，气体靠气体分子的热运动导热，液体的导热机理解释较多，一般认为靠弹性波