传热学-导热基本原理.ppt

1、第二章是热传导的基本原理，本章的教学内容，2-1傅立叶定律，2-2热传导微分方程，2-3初始条件和边界条件，1。温度分布的描述和表达(几个术语)，1。温度场：物体在某一时间点的温度值的集合，2-1傅立叶定律，温度场是时间和空间的函数，即t=f (x，y，z y 2。等温线，等温面，定义：在同一瞬间由温度相等的点连接的线或面称为等温线或等温面，其特征是：(1)不同温度的等温面或等温线不能相交。(2)在连续的温度场中，等温面或等温线不会被打断。它们要么是对象中完全闭合的曲面(曲线)，要么终止于对象的边界。(3)热传递仅发生在不同的等温表面(线)之间。物体的温度场通常用等温面或等温线来表示。(1)等

2、温线的密度可以直接反映不同区域温度梯度(即热通量)的相对大小。用途：(2)从等温线与界面的交角可以判断界面是否绝热，绝热界面必须垂直于等温线；3)温度梯度：指向最剧烈的变化方向(矢量，正增长方向)，温度梯度(等温线与相邻等温线之间的温差与其法线之间的距离)，第二，热传导的基本定律(傅立叶定律)。1822年，法国数学家傅立叶在实验研究的基础上发现了热传导的基本定律。在热传导现象中，单位时间内通过给定截面的热量与温度梯度和垂直于截面的截面面积成正比，方向与温度梯度相反。1。热传导基本定律的文字表达。热传导基本定律的数学表达式：热流：各个方向的热流分量：3。注意负号的含义：传热方向指向温度降低的方向

3、，与温度升高的方向相反，热流方向垂直于等温线(平面)，热流矢量的方向可用热流线表示。实验定律是普遍适用的(可变性质，可变性质，可变性质，可变性质，可变性质，可变性质，可变性质，可变性质，可变性质，可变性质)物体内部或物体之间传热的根本原因是：一旦温度分布t=f(x，y，z)已知，就可以得到热流密度(解决热传导问题的关键是得到温度场分布)和温度梯度， 实施例1:众所周知，右侧板中的温度分布可以表示如下：当C1、C2和板的热导率恒定时，通过截面处的热通量密度计算如下，解决方案：实施例1:3。 热导率，1。定义，2 .物体热导率的表征，物体在单位温度梯度作用下产生的热通量，标量，单位：W/(mK)，

4、热导率是物质的一个重要热物性参数(物性参数)，3。记住在常温下常用物质的价值。在温度变化范围不大的情况下，工程材料的导热系数可以表示为温度的线性函数，包括(1)金属和非金属材料的导热系数，(2)金属的导热系数较大，为12418 W/(m)。纯金属的热传导取决于自由电子的迁移和晶格的振动，主要是前者。晶格振动的增强会干扰自由电子的运动。纯金属中的良导体银和铜的热导率最大。金属的导热性与导电机理一致，良导体就是良导体。银-铜-金-铝、丁-合金和金-纯金属合金的热传导依赖于自由电子的迁移和晶格振动，主要是后者。任何掺杂在金属中的杂质都会破坏晶格的完整性，并干扰自由电子的运动。合金中的杂质会增加合金温

5、度、晶格振动和热传导。非金属和非金属的导热系数较小随着气体温度的升高，气体分子的运动速度和比热随着温度的升高而增加，热导率随着温度的升高而增加。(3)液体的导热系数。液体的导热系数高于气体的导热系数，为0.070.7瓦/(米米)。水是最高的。20时，水=0.6瓦/(米米)。除了水和甘油等。其他液体的导热系数t稍低。液体的热传导主要取决于晶格的振动。液体分子之间的力极大地限制了分子的运动和碰撞，因为它们距离很近。(4)多孔固体材料，a)建筑隔热材料和成型材料(型砂)，它们不是连续的均匀介质。大多数建筑材料和隔热材料都有多孔或纤维状结构。如石棉、硅藻土、岩棉板等。b .保温材料：中国国家标准规定，

6、平均温度不高于350时，导热系数为0.12瓦/(米米)的材料称为保温材料或保温材料。传热机理：包括蜂窝多孔固体结构的热传导和通过微孔的热传导和辐射。多孔材料的热导率不仅与材料的温度有关，还与材料的密度和湿度有关。例如：型砂的渗透性。t，湿度；气孔越多，透气性越好(热空气从气孔排出)。在铸造中，湿度和密度用来控制湿度和密度，使铸件具有所需的性能。解决热传导问题的实质是获得温度场。为了从数学上得到导热物体温度场的解析表达式，有必要建立物体温度分布函数应满足的基本方程导热微分方程。首先，热传导微分方程的基本思想揭示了连续物体中温度分布与空间坐标和时间之间的内在联系。2.演绎。1.物理问题的描述。具有

7、内部热源的三维非稳态导热体(除导热外的其他形式的热量，如化学反应能、电能等。)。(1)研究对象是各向同性连续介质；(2)热导率、比热容和密度已知；(3)内部热源分布均匀，强度为w/m3；(4)导热体和外界之间没有功的交换。3.建立坐标系，取分析对象(微量元素)，在直角坐标系中进行分析，并进行传热。由于热传导不稳定，微量元素的温度随时间变化，所以内能也有变化；每个接口都有热量输入和输出微量元素。内部热源产生的热量。4。能量变化分析，内热源的热值=输入热量的内能增量，能量守恒关系：内热源的热值=输入和输出净热量的内能增量，输入微量元素的傅立叶定律，沿X轴通过X面引入的热量：沿X轴通过X面输出的热量

8、，微量元素的热量，微量元素的净热量沿X轴、Y轴和Z轴输入和输出，可以用同样的方法得到：-:微量元素中热源产生的热量，热力学能量(内能)的增量热传导微分方程的基本形式，不稳定项的内能增量，三个坐标方向上引入的净热量，=-，6。热传导微分方程和傅立叶热传导定律之间的关系热传导微分方程，热传导傅立叶定律，描述了物体内部温度随时间和空间变化的一般关系(t，x，y，z)，描述了内部温度梯度和热流密度之间的关系(q，t)，热传导傅立叶定律，1。=常数，3。热扩散率反映了材料的导热系数()和沿途材料的蓄热能力之间的关系。A的大值，即C的大值或小值，表示一旦物体的某一部分受热，热量就会迅速在整个物体中扩散。=

9、常量没有内部热源，3。=恒定稳定，4。=恒常稳定没有内部热源，5。=恒定稳定1d，6。=恒稳没有内部热源1D，1。圆柱坐标系(r，z)，4。其他坐标系中的热传导微分方程，2。球坐标系(R，)，2-3初始条件和边界条件，热传导微分方程描述了物体温度随时间的变化，不涉及具体的热传导过程。是一个普通的表达。2.定解条件的定义：使微分方程获得特定问题唯一解的附加条件。它分为初始条件和边界条件。1.热传导问题的完整数学描述：热传导微分方程的定解条件。唯一性条件包括四项：几何、物理、时间和边界。几何条件：描述对流传热过程中平板和圆管的几何形状和尺寸；垂直圆管和水平圆管；长度、直径等。物理条件：描述对流传热

10、过程的物理特性，如：物理参数，C和C的值，它们是否随温度和压力而变化；是否有内部热源，大小和分布，时间条件：及时解释对流传热过程的特点。稳定的对流传热过程不需要时间。边界条件：解释对流传热过程的边界特征，初始条件，稳态传热过程不需要时间条件(独立于时间)。对于非稳态热传导过程，给出了热传导物体在过程初始时刻的温度分布。在最简单的情况下，物体的初始温度是均匀的。也就是说，有三种常见的边界条件：(1)第一种边界条件：指定边界上的温度分布，例如，在右图中，(2)第二种边界条件：给出边界上的热流密度，例如，在右图中，考虑qw的方向， (3)第三类边界条件3360给出了边界上物体与周围流体之间的表面传热

11、系数，示例：在上图中，第三类边界条件在一定条件下可以转化为第一类或第二类边界条件：热传导微分方程的求解方法、积分方法、杜哈梅尔方法、格林函数方法、拉普拉斯变换方法、分离变量方法、积分变换方法、数值计算方法、热传导微分方程的单值条件温度场求解方法，1。 第一炉的壁厚为13厘米，总横截面积为20平方米。尝试计算通过炉壁的热损失。如果燃烧的煤的热值为2.09104千焦/千克，由于热量损失，每天将使用多少千克的煤？解决方法：根据傅立叶公式，练习题(要求按时交)，见课本P28，问题2，练习1，练习2和补充问题1。当金属在油中淬火时，金属是处于稳态还是非稳态导热？你属于哪种边界条件？2.看到正确的图片。对于厚度为的单层平板壁，两侧的温度分别保持在t1和t2，平板材料的导热系数线性变化，即=Bt(其中A和B为常数)。尝试在平板上绘制b0、b=0和b