最新第2章-导热基本理论-1素材教学讲义PPT.ppt

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1、第2章-导热基本理论-1素材第2章　导热的理论基础导热基本概念导热基本定律物质的导热特性导热问题的数学描述导热微分方程和定解条件从宏观角度介绍：了解掌握了解了解（2）等温面与等温线温度场中同一瞬间温度相同的各点连成的面—等温面；在二维平面上等温面表现为—等温线。★等温面上任何一条线都是等温线。—可用一组等温面或等温线表示温度场。导热的基本概念叶轮叶片内燃机活塞的温度场埋深1.5m的非保温输油管道周围地层的温度场导热的基本概念（2）等温面和等温线等温线的特点：①同一瞬间温度不同的等温线不可能相交。②对于连续介质，等温线是连续的，不可能中断。要么终止于物体的边界，要么自

2、身构成封闭曲线。③等温线上温度相等，沿等温线无热量传递。④等温线的疏密表示了温度变化的剧烈程度。同一时刻，同一地点不可能有两个温度。导热的基本概念温度间隔相同，等温线越密集，温度变化越剧烈。tt-Δtt+Δt2、温度梯度temperaturegradient温度间隔相同，路径不同时，温度变化率不相同。等温面法线方向上的距离最短，温度变化最剧烈。温度梯度——等温面法线方向的温度变化率矢量。温度梯度是个矢量，沿等温面法线指向温度升高的方向。法线方向上的单位矢量导热的基本概念P法线方向在直角坐标系中，温度梯度表示为：温度在x、y、z方向的偏导数x、y、z方向的单位矢量2、

3、温度梯度temperaturegradient导热的基本概念负的温度梯度-gradt称为温度降度。其数值与温度梯度相同，但方向相反；其方向指向温度降低的方向。2.1.2导热基本定律——傅里叶定律傅里叶（Fourier）于1822年提出了著名的导热基本定律，指出了导热的热流密度矢量与温度梯度之间的关系。在任意时刻，各向同性介质内任意位置处的热流密度，在数值上与温度梯度的大小成正比，方向相反。温度梯度是物体内以导热方式进行热量传递的根本原因。导热的基本定律热流密度是一个矢量，与温度梯度位于等温线上的同一法线上，但方向相反，永远指向温度降低的方向。法线方向对于各向同性介质

4、，各方向上热导率相等：导热的基本定律xyqxqyqnxy傅里叶定律的适用范围（1）傅里叶定律只适用于各向同性物体。对于各向异性物体，热流密度矢量的方向不仅与温度梯度有关，还与导热系数的方向性有关。因此热流密度矢量与温度梯度不一定在同一条直线上。（2）傅里叶定律不适用于非傅里叶导热问题。深冷（温度接近于0K）中的导热问题，极短时间产生大热流密度的瞬态导热过程（如激光加工）等。（3）傅里叶定律普遍适用于工程技术中的一般导热问题，无论稳态导热还是非稳态导热。导热的基本定律傅里叶定律的作用1、已知物体的温度分布，即可利用傅里叶定律求出温度场内任意一点的热流密度值。2、

5、更为重要的作用，给出了热导率的定义式。导热的基本定律2-2物质的导热特性主要内容：（1）导热系数的定义式及物理意义；（2）导热系数的影响因素；（3）不同物质导热系数的变化规律。导热系数的定义式——表示物质导热能力的大小，非常重要的物性参数。——定义式：物理意义：导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热流密度的大小。——绝大多数材料的导热系数值可通过实验测得。2-2物质的导热特性导热系数的大小与物质的种类、结构、物理状态（温度、压力、密度、湿度）等因素有关。不同物质的导热系数相差很大①同种物质固态>液态>气态（金属铁除外，铁液>铁固）晶体>非晶体②金属>

6、非金属（差1~2个数量级）纯金属>其合金导电体>非导电体③各向异性物体，还与方向有关。2-2物质的导热特性一般情况下，0˚C时：一、物质导热系数的变化规律2-2物质的导热特性各向异性材料——木材、石墨、云母、动植物的肌肉和纤维组织等。纯金属>其合金金属>非金属导电体>非导电体固态>液态>气态晶体>非晶体0.0183一般情况下，固体>液体>气体在物理状态如温度、压力、密度、湿度等影响因素中，以温度的影响最大、最重要。所有物质的热导率都是温度的函数。工程中，在温度变化范围不大的情况下，绝大多数材料的导热导系数可近似地认为随温度呈线

7、性变化：=0（1+bt）0—按上式计算0℃下的热导率值，并非真实值；b—由实验确定的常数，其数值与物质的种类有关。2-2物质的导热特性一、物质导热系数的变化规律①气体气体导热的机理—气体分子不规则热运动时相互碰撞而造成能量交换的结果。气体导热系数较小。—常温常压下一般0.006~0.6W/(m·K)—温度t时，气体。—压力影响。理想气体值随压力变化很小；实际气体值受压力影响较大如水蒸气等。—混合气体值≠∑各组元值，实验测定。一、物质导热系数的变化规律2-2物质的导热特性气体分子间距离较大=0（1+bt）b气>0②固体导热机理：2-2物质的