第一章导热理论基础ppt课件.ppt

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1、1第一章导热理论基础纲要§1-1导热的基本概念§1-2导热的基本定律§1-3导热系数§1-4导热微分方程和单值性条件2导热的基本概念§1-1导热的基本概念一、温度场二、等温面与等温线三、温度梯度（gradt）3导热的基本概念一、温度场1.概念在某一时刻τ，物体内所有各点温度分布的总称，称为该物体在τ时刻的温度场。一般，温度场是空间坐标和时间的函数，在直角坐标系中可表示为：4导热的基本概念2.分类同样在圆柱坐标系和球坐标系中也可分为三维、二维、一维。求解导热问题的主要任务就是要获得物体内的温度场。直角坐标系中温度场的分类5导热的基本概念二、等温

2、面与等温线等温面:在同一时刻,物体内所有温度相同的点连成的面。等温线:等温面与平面相交所得的交线。等温面（线）的特点：(1)等温面（线）与等温面（线）互不相交，在连续体中，等温面（线）是连续的，或是完整的封闭曲面（线），或终止于物体的边缘上。6导热的基本概念(2)在等温面（或等温线）的法线方向上，温度变化率最大。由于温差是热量传递的动力，故沿等温面（线）无热流，热量传递只能在穿过等温面的方向上进行。等温面（线）的疏密可直观地反映出物体内不同区域热流密度的相对大小。(思考）7导热的基本概念物体的温度场常用等温面图或等温线图来直观地表示。（a）水

3、冷的燃气轮机叶片的温度场（b）墙角内的温度场8导热的基本概念等温面（线）某点法线方向的温度变化率最大，以法线方向为方向，数值上等于这个最大变化率的矢量称为该点的温度梯度。如图，则温度梯度可表示为：℃/m三、温度梯度（gradt）9导热的基本概念温度梯度是矢量，其方向垂直于该点的等温面（线）且指向温度升高的方向（与热流的方向相反）。tdAd在直角坐标系中的表示：10导热的基本概念热流密度矢量热流密度：单位时间、单位面积上所传递的热量；不同方向上的热流密度的大小不同热流密度矢量：等温面上某点，以通过该点处最大热流密度的方向为方向、数值上正好等于

4、沿该方向的热流密度直角坐标系中：11导热基本定律§1-2导热基本定律傅里叶在对导热过程进行实验研究的基础上,于1822年提出了著名的傅里叶定律—导热基本定律。数学表达式W/m2“-”号表示与gradt二者方向相反12导热基本定律在直角坐标系中的向量表达式为：对一维稳态导热可写为：W/m2W/m2傅里叶定律表明：在导热现象中，导热热流密度的大小正比于该点温度梯度的绝对值；热流密度的方向与温度梯度方向相反。13导热系数§1-3导热系数二、物理意义由定义式知，导热系数在数值上等于单位温度梯度时通过物体的热流密度的模值。一、定义导热系数的定义式由傅里

5、叶定律给出W/(m·K)导热系数表征物体导热能力的大小，λ越大表示物体导热能力越强。14导热系数三、影响因素及确定导热系数的影响因素：主要是物质的种类、物态以及温度、密度、含水率等。一般同种物质三态中,λ固态＞λ液态＞λ气态对于同一种物质，温度的影响最大。大多数材料的导热系数都是通过专门的实验测定的。为了工程计算方便，常绘成图表以供查取。15导热系数导热系数随温度的依变关系对于大多数工程材料，可近似地认为导热系数随温度线性变化，并表示为：绝热材料:λ绝热＜0.12W/(m·K)。各向异性材料:如木材、石墨、纤维材料等。16导热系数各类物质导热

6、系数的范围17导热系数物质的导热系数在数值的特点:(1)对于同一种物质：λ固态＞λ液态＞λ气态(3)一般λ纯金属＞λ其金属合金(4)对于各向异性物体,λ异性物与方向有关(2)一般λ金属＞λ非金属18导热系数19导热微分方程和单值性条件§1-4导热微分方程和单值性条件一、导热微分方程式：对所研究的物体作下列简化假设：1.导热体为各向同性均匀的连续体。2.导热体的ρ、c和λ都是常量。3.导热体有均匀的内热源，内热源强度（单位时间单位体积内的内热源生成热）为（W/m3）傅里叶定律：确定热流密度的大小，应知道物体内的温度场:推导依据：热力学第一定律+

7、傅里叶定律在导热体中取一微元体热力学第一定律：d时间内微元体中：[导入与导出净热量]+[内热源发热量]=[热力学能的增加]1、导入与导出微元体的净热量d时间内、沿x轴方向、经x表面导入的热量：d时间内、沿x轴方向、经x+dx表面导出的热量：d时间内、沿x轴方向导入与导出微元体净热量：d时间内、沿z轴方向导入与导出微元体净热量：d时间内、沿y轴方向导入与导出微元体净热量：2、微元体中内热源的发热量d时间内微元体中内热源的发热量：3、微元体热力学能的增量d时间内微元体中热力学能的增量：由[1]+[2]=[3]：若物性参数、c和

8、均为常数：导热微分方程式，实质是导热过程的能量方程导热微分方程建立了导热过程中物体内的温度随时间和空间变化的函数关系。25导热微分方程和单值性条件m2/s则导热微分