工程传热学 第二章 稳态导热课件.ppt

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1、第二章稳态导热§2-1基本概念§2-2一维稳态导热2021/9/311）建立物理模型；2）导出数学模型；3）求解。分析传热问题的基本方法导热问题是传热学中最易于采用此方法处理的传热方式。2021/9/32§2-1基本概念1温度场(TemperatureField)①定义某一瞬间，空间(或物体内)所有各点温度分布的总称。温度场是个数量场，是空间坐标和时间的函数，在直角坐标系中，温度场可表示为：2021/9/33②分类a)随时间划分稳态温度场：物体各点温度不随时间改变。非稳态温度场：温度分布随时间改

2、变。b)随空间划分三维稳态温度场：二维稳态温度场一维稳态温度场2021/9/342等温面与等温线①定义等温面：温度场中同一瞬间温度相同的各点连成的面。等温线：在二维情况下等温面为一等温曲线。②特点a)温度不同的等温面或等温线彼此不能相交b)在连续的温度场中，等温面或等温线不会中止，它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线），或者就终止于物体的边界上2021/9/35c)物体中等温线较密集的地方说明温度的变化率较大，导热热流也较大。tt-Δtt+Δt2021/9/361mm微通道内H2-Air燃烧的稳

3、定温度场1mm微通道内H2-Air燃烧的非稳定温度场3温度梯度（Temperaturegradient）温度的变化率沿不同的方向一般是不同的。温度沿某一方向x的变化率在数学上可以用该方向上温度对坐标的偏导数来表示，即温度梯度是用以反映温度场在空间的变化特征的物理量。2021/9/39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间的距离之比的极限为该点的温度梯度，记为gradt。注：温度梯度是向量；正向朝着温度增加的方向2021/9/3104付里叶定律(Fourier’sLaw)热流密度

4、在x,y,z方向的投影的大小分别为：t1t20xδndtdntt+dt一般情况下的付里叶定律：2021/9/311负号是因为热流密度与温度梯度的方向相反。n--是该点等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；q--是热流密度矢量。5导热系数①定义傅利叶定律给出了导热系数的定义:w/m·℃导热系数在数值上等于单位温度梯度时的热流密度的模（大小）。2021/9/312由此可设计稳态法测量导热系数实验。平板法测量物质的导热系数2021/9/313②导热系数的影响因素导热系数是物性参数，它与物质结构和

5、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。它反映了物质微观粒子传递热量的特性。不同物质的导热性能不同：2021/9/314保温材料：温度低于350度时热导率小于0.12W/(mK)的材料（绝热材料）同一种物质的导热系数也会因其状态参数的不同而改变。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。2021/9/315TheNanoengineeringGroup,Spring2010科学家首次让绝缘体传递出电流电子有时会像

6、指南针那样晃动，众多电子的晃动有时可形成一种特殊波。日本科研人员日前利用这一特性，成功地在无法通过电流的绝缘体上传出了电流。这一研究成果已刊登在11日出版的英国《自然》杂志上。上述成果由日本东北大学齐藤英治领导的研究小组获得。日本东北大学3月11日发表新闻公告说，由于电流无法从绝缘体通过，所以绝缘体一直被认为无法传递电流。齐藤英治等人以白金作电极，夹住石榴石（一种非金属矿物）进行实验。当从一边的电极传出电流后，虽然石榴石本身不会有电流流过，但是从另一边的电极中却获得了电流。齐藤英治解释说，这是由

7、于白金电极中流出电流后出现一种叫“自旋霍尔”的效应”，绝缘体的电子会像指南针那样晃动起来，晃动逐渐像波浪一样，形成“自旋霍尔”波，它可以传递给相邻的电子，这种波到达另一边的电极后再次变成了电流。在通常的电路中，由于电子会流动，所以会因遇到电阻而发热，导致能量损失。但是利用新的方法传递电流，只会出现极微小的发热现象。由于电脑和手机等的集成电路都使用金属和半导体，所以如何减少发热一直是一个重要课题。齐藤英治说：“以前，如果想使电路实现小型化，就会导致发热现象增加，运行速度也会变慢。这次的发现将有利于

8、实现电路的小型化和高性能化。”5导热微分方程（HeatDiffusionEquation）①一般形式确定导热体内的温度分布是导热理论的首要任务。建立导热微分方程，可以揭示连续温度场随空间坐标和时间变化的内在联系。理论基础：傅里叶定律+能量守恒方程2021/9/318假设：(1)所研究物体是各向同性的连续介质；(2)热导率、比热容和密度均为已知(3)物体内具有内热源；强度[W/m3];表示单位体积的导热体在单位时间内放出的热量xyzdxdx+dxdydy+dydz+dzdz导入微元体的