《导热基本定律》PPT课件.ppt

1,Heat tansfer,2.1 导热基本定律-傅里叶定律,2,我们身边的导热现象,Heat tansfer,3,Heat tansfer,电脑内，必须加强芯片的散热。,4,Heat tansfer,5,一、 热传导（导热）,1 定义 物体各部分之间不发生相对位移时， 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的 热运动而产生的热量传递称为热传导，简 称导热。 如：固体与固体之间及固体内部的 热量传递。,Heat tansfer,6,2 导热的特点,必须有温差; 物体直接接触; 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量; 不发生宏观的相对位移.,Heat tansfer,7,Heat tansfer,8,3 导热机理,气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。 导电固体：自由电子运动。 非导电固体：晶格结构的振动。 液体：很复杂。,Heat tansfer,9,气体导热,氢(黄色)与氧(蓝色)，当温度升高， 分子运动速度增加。,Heat tansfer,10,导电固体导热,导电固体有相当多的自由电子在晶格之间像气体分子那样运动。自由电子的运动在导热中起着主要作用。,Heat tansfer,11,非导电固体导热,非导电固体： 导热通过晶格结 构的振动，即原 子、分子在其平 衡位置附近的振 动来实现。,Heat tansfer,12,二 温度场,1 定义：各时刻物体中各点温度所组成的集合称为温度场，又称为温度分布，它是时间和空间坐标的函数 ，记为,t为温度; x,y,z为空间坐标; -时间坐标,Heat tansfer,13,稳态温度场 稳态导热,（Steady-state conduction）,非稳态温度场 非稳态导热,（Transient conduction）,三维稳态温度场：,一维稳态温度场:,Heat tansfer,14,2 等温面,等温面：温度场中同一瞬间同温度各点连成的面。,Heat tansfer,15,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止，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 等温线,(3)物体的温度通常用等温面或等温线表示。,Heat tansfer,定义：在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。,16,1、傅里叶定律,定义：在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向与温度升高的方向相反。,数学表达式：,负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向。,Heat tansfer,三 导热的基本规律,17,（负号表示热量传递方向与温度升高方向相反）,傅里叶定律用热流密度表示,其中 热流密度(单位时间内通过单位面积的热流量) 物体温度沿 x 轴方向的变化率,Heat tansfer,18,Heat tansfer,2 通过平板的一维导热,图2-1 通过平板的一维导热,如图所示的两个表面分别维持均匀温度的平板，是个一维导热问题。对于x方向上任意一个厚度为dx的微元层来说,19,根据傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热热量与当地的温度变化率及平板面积A成正比，即,Heat tansfer,(2-1),式中 是比例系数，称为热导率，又称导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。,20,当物体的温度仅在 x 方向发生变化时，按傅立叶定律，热流密度的表达式为:,Heat tansfer,(2-2),说明：傅立叶定律又称导热基本定律，式（ 2-1 ）、（ 2-2 ）是一维稳态导热时傅立叶定律的数学表达式。,21,通过分析可知： （ 1 ）当温度 t 沿 x 方向增加时， 而 q ，说明此时热量沿 x 减小的方向传递； （ 2 ）反之，当 0 ，说明热量沿 x 增加的方向传递。 （ 3 ）导热系数 表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，单位： w/m.k 。,Heat tansfer,22,不同材料的导热系数值不同，即使同一种材料导热系数值与温度等因素有关。金属材料最高，良导电体，也是良导热体，液体次之，气体最小。,Heat tansfer,3 导热系数的特性,23,物质导热性能比较,保温材料：导热系数小的材料称为保温材料。 国家标准：凡平均温度不高于350导热系数不大于0.12w/(m.k)的材料称为保温材料。,Heat tansfer,24,同一种物质的导热系数也会因其状态参数的不