第2章稳态热传导ppt课件.ppt

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1、第二章导热基本定律和稳态导热主要内容：导热基本定律及导热系数导热微分方程式及定解条件平壁、圆筒壁、球壁的稳态导热通过肋片的导热及散热量的计算2-1导热基本定律及导热系数一、基本概念温度场：导热体中某时刻空间所有各点的温度分布。温度场是时间和空间的函数，即稳态温度场：当温度不随时间变化时称为稳态温度场。即：非稳态温度场：物体内各点温度随时间变化称为非稳态温度场。即：根据温度与坐标的关系可分：一维稳定（非稳定）温度场、二维稳定（非稳定）温度场、三维稳定（非稳定）温度场。2.等温面和等温线浇注15分钟后砂型中的温度场等温面：同一时刻、温度场中所有温度相同的点连接起来所构

2、成的面。等温线：用一个平面与各等温面相交，在这个平面上得到一个等温线簇。等温面与等温线的特点：(1)温度不同的等温面或等温线彼此不能相交。（2）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。（3）等温面（线）上没有温差，沿等温面（线）不会有热量传递。不同的等温面之间，有温差，有热量传递。（4）热流线与等温线（面）垂直。热流线——表示热量传递方向的线。（5）由等温线（面）的疏密可直观反映不同区域热流密度的大小。（3）温度梯度沿等温面法线方向上的温度增量与法向距离比值的极限。温度梯度和热流密度温度梯度是向量

3、，垂直于等温面，正向朝着温度增加的方向；温度梯度的方向是温度变化率最大的方向。△m△n注意：温度梯度的解析定义：温度场中点处的温度梯度：温度场中方向的方向导数当与方向相同时：达到最大。梯度方向的方向导数最大，其值等于梯度的模。即，梯度方向是温度变化最大的方向。（4）热流密度热流密度是指单位时间经过单位面积所传递的热量，用q表示，单位为。热流量是指单位时间内通过面积F所传递的热量，用Q表示，单位为W。热流密度和热流量都是矢量，它们和温度梯度位于等温面的同一法线上，且沿温度降低方向为正。总热量是指在时间内通过面积F所传递的热量，用Qτ表示，单位为J或kJ。2导热基本定

4、律－－Fourier’sLaw导热的热流密度与温度梯度成正比，即：—导热系数，物性值。单位为W/(m·K)。负号是因为热流密度与温度梯度的方向相反。热流密度为矢量，其在x、y、z轴上的投影用傅立叶定律表示为：对于一维导热问题：3热导率热导率的定义式可由傅立叶定律的表达式得出物理意义：表示了物质导热能力的大小，是在单位温度梯度作用下的热流密度。工程计算采用的各种物质的导热系数值都是由专门实验测定出来的。注意：热导率的数值表征物质导热能力大小。（2）影响因素：物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等，与材料的种类有关：与材料的几何形状无关。对金属：因为杂质造成晶

5、格弹性变，影响自由电子运动。紫铜黄金铝黄铜钢铁不锈钢银303204884516410385对多孔性材料（非导电固体）：由于空隙所含空气多，导热系数小，使得金属少孔多孔（3）不同物质的导热系数不同的原因：构造差别，导热机理不同a.气体的导热系数机理：由分子的热运动和相互碰撞产生的能量传递。气体导热机理示意图气体分子运动均方根速度气体的密度；气体的定容比热气体分子在两次碰撞间平均自由行程气体的压力升高时：气体的密度增大、平均自由行程减小、而两者的乘积保持不变。特点：1.气体的导热系数几乎不随压力的改变而变化。2.随温度的升高而增大。3.随分子质量的减小而增大。几种气体

6、导热系数和温度的关系注意：混合气体热导率不能用部分求和的方法求，只能靠实验测定。b.液体的导热系数机理：主要依靠晶格的振动。特点：随压力的升高而增大随温度的升高而减小饱和条件下非金属液体的导热系数和温度的关系液体的导热：主要依靠晶格的振动c.固体的导热系数机理：纯金属主要依靠自由电子的迁移，合金和非金属主要依靠晶格的振动传递能量纯金属：合金和非金属：保温材料：国家标准规定，温度低于350℃时热导率小于0.12w/(m.k)的材料（绝热材料）金属导热与导电机理一致；良导电体为良导热体金属的导热系数导热系数对温度的依变关系2-2导热问题的数学描述目的：确定导热体内部温

7、度的分布,从而进一步用傅里叶定律计算换热量、计算热应力。导热微分方程式的推导理论基础：Fourier定律+能量守恒定律导热微分方程式假设:(1)所研究的物体是各项同性的(isotropic)连续介质；(2)热导率λ、比热容ср和密度ρ皆为已知；(3)物体内具有均匀分布内热源，热源强度—单位体积的导热体在单位时间内放出的热量。在导热体内任意取出一微元体，根据能量守恒定律，在时间导入微元体的总热流量+微元体内热源生成的热量=微元体焓（内能）的增量热流密度为矢量，净导入微元体的热量写成三个方向的净热量之和，即：根据傅立叶定律，在时间内X方向导入微元体的净热量为：净导入=

8、导入-导出