最新传热学第2章杨世铭PPT课件.ppt

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1、传热学第2章杨世铭第二章稳态热传导传热学研究达到工程应用的两个基本目的能准确地计算所研究问题中传递的热流量能准确地预测所研究系统中的温度分布本章主要研究的问题导热问题的基本方程稳态导热问题的分析解法导热基本定律—傅立叶定律各类物体的导热机理气体的导热机理：气体的温度越高，其分子的运动动能越大，不同能量水平的分子相互碰撞，使热量从高温处传到低温处。即气体分子的不规则热运动，相互碰撞的结果。导热基本定律—傅立叶定律温度场定义各时刻物体中各点温度分布的总称。一般物体的温度分布是坐标和时间的函数稳态温度场物体各点的温

2、度不随时间变动非稳态温度场物体各点的温度随时间变动导热基本定律—傅立叶定律温度场等温面与等温线温度场中同一瞬间同温度各点连成的面称为等温面；在任何一个二维截面上等温面表现为等温线等温线的特点物体中的任一条等温线要么形成一个封闭曲线，要么终止在物体表面上，它不会与另一条等温线相交。等温线的疏密可直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小导热基本定律—傅立叶定律导热基本定律—傅立叶定律导热基本定律傅立叶定律在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，正比垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向

3、则与温度升高的方向相反导热基本定律—傅立叶定律导热基本定律傅立叶定律的数学表达式分量表达式空间矢量表达式导热基本定律—傅立叶定律导热系数导热系数的表达式导热基本定律—傅立叶定律导热系数影响导热系数的主要因素物质种类温度多数材料可用线性表达式表示物体结构多孔结构、多层间隔导热基本定律—傅立叶定律导热系数材料的导热性能分类良导热材料导热系数大，导热性能好绝热材料导热系数小，导热性能差。我国国家标准GB/T4742-92《设备及管道保温准则》规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)材料称为保温

4、材料（绝热材料）导热基本定律—傅立叶定律工程导热材料的一般分类均匀、各向同性导热材料均匀、各向异性导热材料不均匀但每个区域中各向同性导热材料不均匀且各向异性导热材料导热问题的数学描写导热微分方程式根据能量守恒定律与傅立叶定律，建立导热物体中的温度场应当满足的数学关系式任意微元平行六面体的能量守恒x、y、z微元面导入微元体的热流量ΦzΦx+dxΦy+dyΦz+dzΦxΦyoxyz导热问题的数学描写导热微分方程式任意微元平行六面体的能量守恒X+dx、y+dy、z+dz微元面导入微元体的热流量ΦzΦx+dxΦy+dyΦz

5、+dzΦxΦyoxyz导热问题的数学描写导热微分方程式任意微元平行六面体的能量守恒在任一时间间隔内微元体内热力学能的增量在任一时间间隔内微元体内热源的生成热量导热问题的数学描写导热微分方程式任意微元平行六面体的能量守恒在任一时间间隔内微元体的能量守恒导入微元体的总热量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热量+微元体内热力学能（即内能）的增量微元体的导热微分方程式导热问题的数学描写导热微分方程式导热系数为常数导热系数为常数、无内热源时导热问题的数学描写导热微分方程式导热系数为常数、稳态时导热系数为常数、无内热源、稳

6、态时导热问题的数学描写导热微分方程式圆柱坐标系下的导热微分方程导热问题的数学描写导热微分方程式球坐标系下的导热微分方程导热问题的数学描写定解条件定义使微分方程获得适合某一特定问题的解的附加条件非稳态导热的定解条件初始条件初始时刻温度分布的条件边界条件导热物体边界上温度或换热情况稳态导热的定解条件边界条件导热问题的数学描写定解条件边界条件的分类第一类边界条件规定了边界上的温度值第二类边界条件规定了边界上的热流密度值第三类边界条件规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度tf导热问题的数学描写热扩散率

7、（又称导温系数）的物理意义λ的影响λ越大，在相同温度梯度下可以传导更多的热量ρc的影响ρc是单位体积的物体温度升高1℃所需的热量。ρc越小，温度升高1℃所需吸收的热量越少，可以剩下更多的热量向物体内部传递，能使物体内各点的温度更快地随界面温度升高而升高a的影响a越大，表示物体内部温度扯平的能力越大；材料中温度变化传播的越迅速导热问题的数学描写傅立叶定律及导热微分方程的适用范围过程发生的空间尺度极小，与微观粒子的平均自由行程相接近时，不适用（尺度效应）热流密度不很高而过程的作用时间又足够长。过程作用时间极短，与材料本

8、身的时间尺度相接近时（时间效应），不适用。极短时间的激光脉冲加工不适用。极低温度（接近0K）时不适用（温度效应）复习题、习题复习题2、4、5典型一维稳态导热问题的分析解通过平壁的导热问题和边界条件问题单层平壁，平壁的两个表面分别维持均匀而恒定的温度t1和t2，壁厚为δ边界条件x=0t=t1x=δt=t2t2tt1qdxδox典型一维稳态导热问题的分析解通过