《传热学》第一章 导热理论基础

《传热学》第一章导热理论基础1．导热机理的简介：气体：分子不规则运动相互作用或碰撞介电体（非导电固体）：弹性波（晶格振动的传递）金属：自由电子的相互作用和碰撞液体：类似于介电体（以前曾认为类似于气体）2．纯导热过程的实现：多在固体中存在，液体和气体需消除对流3．导热理论研究的前提条件：连续介质4．导热理论研究的目的——求出任何时刻物体中各处的温度第一节基本概念及傅立叶定律1－1基本概念：一、温度场：t=f(x,y,z,τ)稳态温度场、二维和一维温度场二、等温面和等温线：三、温度梯度：n为等温面法向上的单位矢量（温度变化率最大的方向）温度降度：－gradt四、热流矢量：BaronJeanBaptlsteJosephFourier(1768-1830)1－2傅立叶定律——确定了热流矢量和温度梯度的关系q=-λgradtW/m2（负号表示热流矢量的方向和温度梯度的方向相反）在三个坐标轴上热流密度分量的描述第二节导热系数每种物质的导热系数可通过实验确定常用物质可查表获取一般规律固相液相气相金属非金属晶体无定形态纯物质有杂质物质纯金属合金导热系数的主要影响因素：温度、压力气体的导热系数：随温度升高而增大（由于分子运动速度和比定容热容增大），压力对其影响不大（密度增大但自由程减小）液体的导热系数：非缔合和弱缔合液体：随温度升高而减小（由于密度减小）;强缔合液体：不一定（因为温度升高时密度减小，但缔合性减弱，使分子碰撞几率增加）金属的导热系数：随温度升高而减小（由于晶格振动加强干扰了自由电子运动）;掺入杂质将减小（因为晶格完整性被破坏，干扰了自由电子运动）非金属材料的导热系数：随温度升高而增大（由于晶格振动加强）保温材料：平均温度不高于350℃、导热系数不大于0.12W/m•K的材料表观导热系数：考虑多孔材料孔隙内介质时，反映材料综合导热性能的导热系数保温材料保温性能的影响因素：a.空隙度：过小：保温性能下降（因为非金属的导热系数大于空气的导热系数）过大：保温性能下降（因为孔隙连通导致孔隙内对流作用加强）b.湿度：过大：保温性能下降（因为水的导热系数大于空气，且会形成更强烈对流）玻璃棉橡塑聚氨酯泡沫塑料第三节导热微分方程式研究目标：确定物体内的温度场研究基础：导热微分方程式＝能量守恒定律＋傅立叶定律研究对象：右图中的六面微元体根据能量守恒定律：导入和导出微元体的净热量＋微元体中内热源的发热量＝微元体热能（内能）的增加导入微元体的净热量：在一定时间dτ内:导出微元体的净热量：dydzdqdxxdxdzdqdyydxdydqdzzdydzdqddxxdxxdxdzdqddyydyydxdydqddzzdzz将微分的定义式：dxxqqqxxdxxdyyqqqyydyydzzqqqzzdzz代入上式再将傅立叶定律代入，得出：三个方向导入与导出微元体的净热量：dxdydzdxtxdxdydzdxqddxdxxxdxdydzdytydxdydzdxqddydyyydxdydzdztzdxdydzdzqddzdzzzb.内热源的发热量：三式相加，得出：a.导入与导出微元体的总净热量：c.内能增加量：将a,b,c代入能量守恒定律，得出：——导热微分方程式在几种特殊条件下对导热微分方程式的简化：1.物性参数λ、ρ、c均为常数：定义：热扩散率表征物体被加热或冷却时，物体内各部分温度趋向均匀一致的能力2.物性参数λ、ρ、c均为常数，无内热源：3.物性参数λ、ρ、c均为常数，稳态温度场：4.物性参数λ、ρ、c均为常数，稳态温度场，无内热源：5.物性参数λ、ρ、c均为常数，二维稳态温度场，无内热源：6.物性参数λ、ρ、c均为常数，一维稳态温度场，有内热源：7.物性参数λ、ρ、c均为常数，一维稳态温度场，无内热源：作用：用来对某一特定的导热过程进行进一步的具体说明通解特解四种单值性条件：δ,l,d……λ,ρ,c……几何条件物理条件时间条件边界条件导热过程与周围环境相互作用的条件仅在非稳态导热过程中存在第四节导热过程的单值性条件传热学中的四种边界条件：一类边界（常壁温边界）：二类边界（常热流边界）：或二类边界的特殊情况——绝热边界出现场合：对称边界，长肋肋端三类边界（对流边界）：四类边界（接触面边界）：或四种边界条件的已知条件：一类：已知物体壁面温度tw二类：已知穿过物体边界的热流密度qw（热流密度为0时为绝热边界）三类：已知物体边界面周围的流体温度tf和边界面与流体之间的表面传热系数h四类：已知相邻物体与本物体接触面处的温度t2或热流密度q2一个导热问题的完整描述＝导热微分方程＋单值性条件第一章重点：1.傅立叶定律的理解2.导热系数的理解和保温材料3.导热微分方程的选择和简化4.边界条件的判断谢谢观看