4.2_热传导课案.ppt

4.2 热 传 导 等温面的特点： （1）温度不同的等温面绝不会相交。 （2）任何一条等温面移动，温度不发生变化，无热量传递。只有沿着和等温面相交的任何方向移动，温度发生变化，才有热量传递。 （3）最显著的温度变化发生在等温面的法线方向上。 解题过程见教材 4.2.4 圆筒壁的热传导 1　单层圆筒壁的稳定热传导 特点: 1）Q仍为常数； 2）S不是常数，故 q不是常数； 3）等温面为圆柱面； 4）温度梯度方向为 径向。 若圆筒很长，可视作一维导热。 取环形微元，直径 r， 厚dr， 则： S=2prL 由Fourier定律， 积分得: 对数平均半径 （若S2/S1≤2，可用算术均值) 对数平均面积 可写成： P218：算术平均和对数平均 --对数 平均 半径 --算术 平均 半径 2　多层圆管壁的稳定热传导 设：1）各层接触良好；2）l为常数； 3）一维稳定传热。 多层圆筒壁的热传导也可按多层平壁的热传导处理。但是，作为计算各层热阻的传热面积不再相等，而应采用各层的对数平均面积。 R1 R3 R2 (4-20) 讨论：1）即使l为常数，温度分布也不是线性的； 2）Q为常数，q 不是常数； 3）仍是热阻大的层内温差大。 n层: 　　　各层变化 　各层不变 热通量 　　　各层Si 不 相等 各层S相等 热阻 圆筒壁 平壁 多层圆筒壁与多层平壁比较 空心球壁的稳定热传导 作业： P290： 1、2、3、4 4.2.1 温度场和傅立叶定律 4.2.2 导热系数（热导率） 4.2.3 平壁的稳定热传导 4.2.4 圆筒壁的热传导 第2节 热传导 4.2.1 温度场和傅立叶定律 1　温度场和温度梯度 稳态温度场： t=f(x,y,z) 温度场：物体或系统内各点温度分布的总和。 数学表达式： t=f(x,y,z,?) 一维稳态温度场： t=f(x) 一维温度场： t=f(x, ?) 稳态导热：发生在稳定温度场内的导热。 设I、II为等温面，温度分别为t 和t+Dt，二面间法向距离为Dn， 定义： 为温度梯度 记为 指向温度升高的方向 等温面：温度场中同一时刻下温度相同的点组成的面。 热流方向总是与温度梯度方向相反。 一维稳态温度场： II t+Dt t I II t+Dt t I 描述热传导的基本定律——Fourier 定律： 表示单位时间内传导的热量与温度梯度以及垂直于热流方向的截面积成正比。 传递热量： 　 2　傅立叶定律 (P211) 写成等式： ——等温面的微元面积 (4-7) (4-7) ?表征材料导热性能的物性参数, ?越大，导热性能越好。 用热通量来表示: 对一维稳态热传导 写成 ，可与牛顿粘性定律(P12)类比： 讨论： 热量扩散系数 热量浓度梯度 动量扩散系数 动量浓度梯度 动量通量 4.2.2　导热系数（热导率） 物理意义是什么? 热导率 λ 表示物质的导热能力, λ 越大,导热越强。 λ =f (组成，结构，温度，湿度，状态） 一般： ?金属固体 ?非金属固体 ?液体 ?固体绝缘材料 ?气体 （2） ?是分子微观运动的宏观表现。 （1） ?在数值上等于单位温度梯度下的热通量； ? = f（结构,组成,密度,温度,压力） （3）各种物质的导热系数 在一定温度范围内： 式中 ?0, ? ── 0℃, t℃时的导热系数，W/(m·K)； b ── 温度系数。 对大多数金属材料b 0 ，t ?　 ?? 对大多数非金属材料b 0 ， t ?　? ? （1）固体 金属：?纯金属 ?合金 非金属：同样温度下，?越大， ?越大。 （2）液体 a) 金属液体?较高，非金属液体?低，水的?最大 c) t ?　 ? ?（水和甘油除外） (3) 气体 b) 一般来说，纯液体的大于溶液 t ? 　? ? 气体不利于导热，但可用来保温或隔热。 思考： （1）绝热材料，不小心淋湿，是否影响其保温性能？ （2）保温材料在使用时，压紧与蓬松，是否影响其保温性能？ 应予指出，在热传导过程中，物质内不同位置的温度各不相同，因而导热系数也随之而异，在工程计算中常取导热系数的平均值。 4.2.3 通过平壁的稳态热传导 1　单层平壁的稳态热传导 设：（