2019 第二章稳态热传导ppt课件.ppt

《2019 第二章稳态热传导ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章稳态热传导主讲人：郭智群第二章稳态热传导工程应用的两个基本目的：1、计算所研究过程中传递的热流量；2、准确预测物体中的温度分布。拟解决的问题：温度分布如何描述和表示？温度分布和导热的热流存在什么关系？如何得到导热体内部的温度分布？目录2.1导热基本定律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2.6多维稳态导热的求解导热基本定律2.1.1各类物体的导热机理气体：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。导热基本定律导电固体：自由电子的迁移和晶格的振动。

2、非导电固体：晶格的振动，即原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现。液体：说法不一。晶格结构较热的分子振动整个晶格结构振动导热基本定律2.1.2温度场（temperaturefield）各个时刻物体中各点温度所组成的集合，又称为温度分布。稳态温度场（定常温度场）瞬态温度场（非定常温度场）一维温度场二维温度场三维温度场导热基本定律温度分布的图示法导热基本定律等温线：二维温度场中同一瞬间相同温度各点连成的线称为等温线。等温面（三维温度场）导热基本定律等温线性质：1、永远不会相交；2、只可能在物体边界中断或者完全封闭；3、等温线

3、疏密反映热流密度的大小；4、热量传递发生在不同等温面之间。导热基本定律2.1.3导热基本定律回顾第一章，两个表面均维持均匀温度的平板导热：傅里叶定律的文字表达：在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量Φ，正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积A，而热量传递的方向与温度升高的方向相反。（1-1）式中：gardt——空间某点的温度梯度；——通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；导热基本定律导热基本定律2.1.4导热系数1、定义：导热系数是物性参数，与物质结构和状态密切相关；它反映了物质微观粒子传递

4、热量的特性；工程计算所采用的各种物质的导热系数都是用专门的实验测定得到。导热系数的定义式由傅里叶的数学表达式给出。数值上，导热系数等于在单位温度梯度作用下物体内热流密度是矢量的模。导热基本定律2、不同物质导热系数排序：几种典型材料的导热系数：（常温20℃条件下）导热基本定律3、温度对导热系数的影响：从图上可以看出：纯金属的导热系数随温度升高而减小；（如：铅、钾）大多数液体（除水和甘油）的导热系数随温度升高而减小。（如：氨水、氟利昂）气体的导热系数随温度升高而升高。（如：甲烷、空气）导热基本定律在比较广阔的温度区间内的实用

5、计算中，大多数材料的λ都容许采用线性近似关系，即：式中：a、b——常量；t——温度；λ0——该直线段的延长线在纵坐标上的截距；导热基本定律4、保温材料1992年国家标准规定：凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·k)的材料称为保温材料。常用的保温材料主要有：复合硅酸盐、玻璃棉、岩棉、泡沫石棉等。它们都具有重量轻、隔热好以及施工方便等特点。保温材料多呈多孔性结构，其导热机理也不再是单纯的热传导。超级保温材料：多层间隔、夹层抽真空。导热基本定律导热基本定律2.1.5工程导热材料的一般分类均匀、各向同性均匀

6、、各向异性不均匀、各向同性不均匀、各向异性导热基本定律使用傅里叶定律需要注意：1）适用于连续介质假设；2）适用于稳态和非稳态、有内热源和无内热源、常物性和物性随温度变化的情况；3）对各向异性材料需要做一定的修改；由本节讨论可得：一旦物体中的温度分布已知，就可以按傅里叶定律计算出各点的热流密度矢量。因此，求解导热问题的关键是要获得物体中的温度分布。目录2.1导热基本定律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2.6多维稳态导热的求解导热问题的数学描写定解条件导

7、热微分方程傅里叶定律能量守恒定律导热问题的数学描写方法：对导热体内任意的一个微小单元进行分析，依据能量守恒关系，建立该处温度与其他变量之间的关系式。条件假设：（1）物体是各向同性的连续介质;（2）导热系数、比热和密度已知；（3）内热源均匀分布，为W/m3;（4）导热体与外界没有功的交换。一、推导过程物理问题描述：三维的非稳态导热体，且物体内有内热源（导热以外其他形式的热量，如化学反应能、电能等）。导热问题的数学描写2.2.1导热微分方程导热问题的数学描写在直角坐标系中，从导热物体中任意取出一个微元平行六面体来做该微元体的

8、能量收支平衡分析。按照能量守恒定律，在任一时间间隔内有以下热平衡:导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能（即内能）的增量在直角坐标系中进行分析，令（Φx）x为热流量在x方向上热流分量Φx在x点的值，其余类推。由傅里叶定律，得到导入微元体的热流量为：导热问题的数学描写导热问题的