传热学-第二章-稳态热传导精讲ppt课件.ppt

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1、第二章稳态热传导SteadyHeatConduction第二章稳态热传导主要内容：1.（掌握）导热的基本定律——傅里叶定律2.（重点掌握）导热问题的数学描述3.（掌握）典型一维导热问题的分析解4.（掌握）通过肋片的导热5.（掌握）具有内热源的一维导热问题6.（了解）多维稳态导热问题的求解1.导热：指同一物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递的现象。a.必须有温差；b.物体直接接触；c.依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；2.热对流：由于流体的宏观运动引起的流体各部分间发生位移，冷热

2、掺混所导致的热量传递现象。3.热辐射：物体通过电磁波的形式传递能量的方式称为辐射，因热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。§2-1导热基本定律某时刻，空间所有点温度分布的集合，又叫温度分布（temperaturedistribution）。温度场是时间和空间的函数，即：稳态温度场：温度的空间分布不随时间而改变(Steadytemperaturefield)非稳态温度场：温度的空间分布随时间而改变(Transient/unsteadytemperaturefield)定义：导热是由温度不同的两物体，或者同一物体中温度不同的两部分之间，直接接触时由微观粒子的热运

3、动而引起的能量转移过程。本章的论述重点是建立在这一微观现象基础上的宏观现象，对导热的微观机理的研究超出了本书的研究范围。温度场（Temperaturefield）等温面与等温线等温面（isothermalsurface）：某一时刻、温度场中所有温度相同的点连接起来所构成的面等温线（isotherm）：用任意一个二维截面与等温面相交得到等温线Gr=1E6e=0.4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等温面与等温线的特点：思考：每两条相邻等温线间温差相等时

4、，其疏密可直观反映热流密度的大小？物体的温度场通常用等温面或等温线表示温度梯度：空间点r处，等温面法线方向上的温度变化率温度是标量，但温度梯度是矢量，指向温度增加最快的方向；热流密度是矢量，方向正好与温度梯度相反。热流密度：单位时间，单位面积上传递的热量。总是通过等温面上某点指向温度降低的方向。垂直于等温面（线）指向温度升高的方向——各坐标轴上温度变化率与单位向量乘积的矢量叠加二、导热基本定律1822年，法国数学家傅里叶（FOURIER）在实验研究的基础上，发现导热基本规律——傅利叶定律导热基本定律一般性表述：单位时间内通过给定截面的导热热流量，正比于该截

5、面的法向温度变化率（温度梯度），方向与温升方向相反。热流量的形式：三、导热系数（Thermalconductivity）影响导热系数的因素：物质的种类、温度、湿度、压力、密度等导热系数表征物质导热能力大小（需实验测定）稳态法（傅里叶定律）非稳态法细观上非均匀各向异性，但宏观上均匀且各项同性——多孔结构介质空心砖（均匀各向异性）压制复合木板（非均各向异性）多孔结构材料有些天然材料（石英石、木材）和人造材料（复合板），其密度和导热系数沿各方向不同，属于非均各向异性材料均匀但各向异性材料——空心砖不同材料的导热系数不同物质导热系数的差异1、气体的导热系数气体导热

6、：由于分子的热运动和相互碰撞传递能量分子动力学理论——气体导热系数可表示为：：气体分子运动的均方根速度：气体分子的平均自由程：气体的密度；：气体的定容比热2、液体的热导率液体的导热的微观机理尚不明确基本规律：McLaughlin,E.,“TheoryoftheThermalConductivityofFluids,”inR.P.Tye,Ed.,ThermalConductivity,Vol.2,AcademicPress,London,1969.3、固体的导热系数纯金属的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动且主要依靠前者金属导热与导电机理一致,良导电体为良

7、导热体：(1)金属的导热系数：一般规律：金属中掺入任何杂质将破坏晶格的完整性，干扰自由电子的运动金属的加工过程也会造成晶格的缺陷合金的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动；且主要依靠后者温度升高、晶格振动加强、导热增强如常温下：黄铜：70%Cu,30%Zn非金属的导热：依靠晶格的振动传递热量(2)非金属的导热系数：§2-2导热问题的数学描写任务：利用傅里叶定律和能量守恒定律，建立物体中温度场与时间、空间的变化关系式（导热微分方程partialdifferentialequationofheatconduction）——求解出导热体内的温度分布理论基础：傅里

8、叶定律+热力学第一定律一、导热微分方程式(HeatDiffusio