传热学1-导热基本理论new.ppt

* * 若物性参数 ?、c 和 ? 均为常数(常物性）： a反映了导热过程中材料的导热能力（ ? ）与沿途物质储热能力（ ? c ）之间的关系。a值大，说明物体的某一部分一旦获得热量，该热量能在整个物体中很快扩散。 热扩散率表征物体被加热或冷却时，物体内各部分 温度趋向于均匀一致的能力 导温系数/热扩散系数 thermal diffusivity 1导热基础理论 * * 在同样加热条件下，物体的热扩散率越大，物体内部各处的温度差别越小。 若物性参数为常数且无内热源： 若物性参数为常数、无内热源稳态导热： 1导热基础理论 * * 圆柱坐标系 （r, ?, z） 1导热基础理论 * * 球坐标系 （r, ?，?） 1导热基础理论 * * 导热微分方程式是个通用表达式，没有具体的温度分布 求解微分方程需要一定的条件才能得特定的解 1、单值性条件：确定唯一解的附加补充说明条件 2、类型：几何、物理、时间、边界条件 3、完整数学描述：导热微分方程 + 单值性条件 §1-4 导热过程的单值性条件 1导热基础理论 * * 1、几何条件 如：平壁或圆筒壁；厚度、直径等 说明导热体的几何形状和大小 2、物理条件 说明导热体的物理特征。如物性参数 ?、c 和 ? 的数值，是否随温度变化；内热源的大小和分布；是否各向同性 3、时间条件 稳态导热过程 说明在时间上导热过程进行的特点 对非稳态导热过程应给出过程开始时刻导热体内的温度分布 时间条件又称为初始条件 Initial conditions 1导热基础理论 * * ４、边界条件 Boundary conditions 说明导热体边界上过程进行的特点 边界条件一般可分为三类 （１）第一类边界条件 已知任一瞬间导热体边界上温度值： o ? x tw1 tw2 例： 1导热基础理论 * * （2）第二类边界条件 已知物体边界上热流密度 第二类边界条件相当于已知物体边界面法向的温度梯度值。 qw 特例：绝热边界面 1导热基础理论 * * （3）第三类边界条件 当物体壁面与流体相接触进行对流换热时，已知边界面周围流体的温度和表面对流换热系数 导热微分方程式的求解方法 导热微分方程＋单值性条件＋求解方法 ?温度场 积分法、分离变量法、数值计算法等 tf, h qw 牛顿冷却定律： 1导热基础理论 * * 作业（P24） 1-5、1-6 1导热基础理论 * * 本章要点小结 温度梯度 内热源强度 导温系数 傅立叶定律的数学表达式 导热系数 保温材料 （认识）导热微分方程式及边界条件 稳态与非稳态导热 1导热基础理论 导热基本定律及稳态导热 * * 1导热基础理论 1导热基础理论 * * 第一章 导热基础理论 1导热基础理论 * * §1-1 基本概念和傅立叶定律 一、温度场（Temperature field） 某时刻空间所有各点温度的总称叫温度场。它是时间和空间的函数，即： 稳态导热： (Steady-state conduction) 非稳态导热： （Transient conduction） t = f ( x, y, z,τ ) t = f ( x, y, z,τ ) 1导热基础理论 * * 一维导热： 两维导热： t = f ( x, y,τ ) t = f ( x, τ ) 三维导热： t = f ( x, y, z,τ ) 二、等温面与等温线 1、等温面：同一时刻、温度场中所有温度相同的点连接起来构成的面叫等温面。 2、两个不同的等温面相交构成一条等温线。 1导热基础理论 * * 等温面 1导热基础理论 * * 2维 温度场等温线 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交 1导热基础理论 * * 不同的等温线（面）之间有温差，在不同方向上，温度在单位长度上的变化快慢不同 三、温度梯度 (Temperature gradient ） 温度场上任意一点的温度梯度gradt是一个矢量，指向温度增加最快的地方，数值上为该方向上温度的变化率。 直角坐标系： 1导热基础理论 * * 四、热流矢量 热量总是从温度高的传向温度低的地方。单位时间内传递的热量即热流量，不仅有大小而且有方向，是个矢量，叫热流矢量。记为 热流密度矢量 直角坐标系中： 不同方向上的热流密度的大小不同 1导热基础理论 * * 五、傅立叶（1768-1830）定律——导热基本定律 导热热流密度的大小，正比于该处的温度梯度，方向与温度梯度相反 导热系数（热导率） 直角坐标系中： 注：傅立叶定律只适用于各向同性材料各向同性材料：热导系数在各个方向是相同的 1导热基础理论 * * 各向异性材料——有些天然和人造材料，如：石英、木材、叠层塑料板、叠层金属板，其导热系数随方向而变化 各向异性材料中不同方向上的