传热学-第二章-稳态热传导选编.ppt

第二章 稳态热传导;第二章 稳态热传导;1.导热：指同一物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递的现象。 ;§2-1 导热基本定律;等温面与等温线;温度不同的等温面或等温线彼此不能相交 在连续的温度场中，等温面或等温线不会中断，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;温度梯度：空间点r处，等温面法线方向上的温度变化率;二、导热基本定律;三、导热系数 （Thermal conductivity）;细观上非均匀各向异性，但宏观上均匀且各项同性——多孔结构介质;不同物质导热系数的差异;分子动力学理论——气体导热系数可表示为：;2、液体的热导率;3、固体的导热系数;金属中掺入任何杂质将破坏晶格的完整性，干扰自由电子的运动;非金属的导热：依靠晶格的振动传递热量;§2-2 导热问题的数学描写;在导热体中任取一平行六面体微元;d? 时间内、经 x+dx 表面导出的热量Fx+dx ：;导入微元体的热量Qin：;笛卡尔坐标系内，三维非稳态导热微分方程的一般形式;稳态，常物性，无内热源：;圆柱坐标系 （r, ?, z）; 球坐标系 （r, ?，?）;导热微分方程式不适用范围——非傅里叶导热过程：;1、几何条件：给定导热体的几何形状和大小 ;４、边界条件（Boundary Condition）;（2）第二类边界条件;（3）第三类边界条件;三、求解方法;§2-3 典型一维导热问题的分析解;第一次积分：;2. 多层平壁的导热;已知多层平壁左右两侧温度，如何计算其中第 i 层的右侧壁温？;3. 单层圆筒壁的导热;对上述方程(a)积分两次:;多层圆筒壁，可按总导热热流量=总温差/总热阻的方法计算;5. 两侧均为第三类边界条件的单层圆筒壁稳态导热;;例题：电熨斗，功率1200W，底面竖直至于25℃的空气中；板厚5mm，面积300cm2，导热系数15W/(mK)；对流传热系数h=80W/m2K，求：稳态条件下两表面的温度;代入得温度分布：;;分离变量后积分，并注意到热流量Φ与x 无关(稳态)，得:;例题;§2-4 通过肋片的导热;肋片主要结构：直肋、环肋、针肋、大套片；等截面、变截面;1. 通过等截面直肋的导热;表面对流传热的简化：;;;肋片总散热量 经由肋根部??入的全部热流量，肋根处热流量：;几点说明：;分析：;肋端过余温度方程：;直肋温度分布的推导——已知流体温度tf和肋根温度t0求取肋端温度;;3. 通过环肋及三角形截面直肋的导热;为了减轻肋片重量、节省材料，并保持散热量基本不变，需要采用变截面肋片——环肋及三角形截面直肋;5. 通过接触面的导热;即使接触热阻rc不是很大，若热流量很大，界面上的温差是不容忽视的。;例题：;2.具有内热源的圆柱体导热 ;§2-5. 具有内热源的导热及多维导热;第一类;2.6 多维稳态导热的求解;作业： 第四版：2-2，2-16，2-22，2-52;思考题： 1.矢量傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。 2.温度场, 等温面, 等温线的概念。 3.利用能量守恒定律和傅立叶定律推导导热微分方程的本 方法。 4.使用热阻概念, 对通过单层和多层平板, 圆筒和球壳壁的 一维导热问题的计算方法。 5.利用能量守恒定律和傅立叶定律推导等截面和变截面片 的导热微分方程的基本方法。;;12导热系数为什么和物体温度有关? 而在实际工程中 为什么经常将导热系数作为常数. 13什么是形状因子? 如何应用形状因子进行多维导热 问题的计 算?;圆筒壁内温度分布（温度沿r方向呈对数曲线分布）：