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传热学杨世铭第1页/共91页
第二章 稳态热传导传热学研究达到工程应用的两个基本目的能准确地计算所研究问题中传递的热流量能准确地预测所研究系统中的温度分布本章主要研究的问题导热问题的基本方程稳态导热问题的分析解法第2页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律各类物体的导热机理气体的导热机理: 气体的温度越高,其分子的运动动能越大,不同能量水平的分子相互碰撞,使热量从高温处传到低温处。即气体分子的不规则热运动,相互碰撞的结果。第3页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律各类物体的导热机理导电固体的导热机理: 导电固体中有相当多的自由电子,它们在晶格之间像气体分子一样运动,把热量从高温处传向低温处。另外在导电固体中还存在着晶格结构的振动,通过弹性波实现热量从高温处传向低温处,但自由电子的运动在导电固体的导热中起着主要作用。第4页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律各类物体的导热机理非导电固体的导热机理: 非导电固体中几乎没有自由电子,在非导电固体中存在着晶格结构的振动,即原子、分子在其平衡位置附近的振动,产生弹性波而实现热量从高温处传向低温处。第5页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律各类物体的导热机理液体的导热机理 一种观点认为定性上类似于气体,只是情况更复杂,因为液体分子间的距离比较近,分子间的作用力对碰撞过程的影响远比气体大。 另一种观点则认为液体的导热机理类似于非导电固体,主要靠弹性波的作用。第6页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律温度场定义 各时刻物体中各点温度分布的总称。一般物体的温度分布是坐标和时间的函数稳态温度场 物体各点的温度不随时间变动非稳态温度场 物体各点的温度随时间变动第7页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律温度场等温面与等温线 温度场中同一瞬间同温度各点连成的面称为等温面;在任何一个二维截面上等温面表现为等温线等温线的特点 物体中的任一条等温线要么形成一个封闭曲线,要么终止在物体表面上,它不会与另一条等温线相交。等温线的疏密可直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小第8页/共91页
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导热基本定律—傅立叶定律第11页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律导热基本定律傅立叶定律 在导热现象中,单位时间内通过给定截面的热量,正比垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积,而热量传递的方向则与温度升高的方向相反第12页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律导热基本定律傅立叶定律的数学表达式分量表达式空间矢量表达式第13页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律导热系数导热系数的表达式第14页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律导热系数影响导热系数的主要因素物质种类温度 多数材料可用线性表达式表示物体结构 多孔结构、多层间隔第15页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律导热系数材料的导热性能分类良导热材料 导热系数大,导热性能好绝热材料 导热系数小,导热性能差。我国国 家标准GB/T4742-92《设备及管道保温准则》规定,凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)材料称为保温材料(绝热材料)第16页/共91页
导热基本定律—傅立叶定律工程导热材料的一般分类均匀、各向同性导热材料均匀、各向异性导热材料不均匀但每个区域中各向同性导热材料不均匀且各向异性导热材料第17页/共91页
导热问题的数学描写导热微分方程式 根据能量守恒定律与傅立叶定律,建立导热物体中的温度场应当满足的数学关系式任意微元平行六面体的能量守恒x、y、z微元面导入微元体的热流量ΦzΦx+dxΦy+dyΦz+dzΦxΦyoxyz第18页/共91页
导热问题的数学描写导热微分方程式任意微元平行六面体的能量守恒X+dx、y+dy、z+dz微元面导入微元体的热流量ΦzΦx+dxΦy+dyΦz+dzΦxΦyoxyz第19页/共91页
导热问题的数学描写导热微分方程式任意微元平行六面体的能量守恒在任一时间间隔内微元体内热力学能的增量在任一时间间隔内微元体内热源的生成热量第20页/共91页
导热问题的数学描写导热微分方程式任意微元平行六面体的能量守恒在任一时间间隔内微元体的能量守恒导入微元体的总热量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热量+微元体内热力学能(即内能)的增量微元体的导热微分方程式第21页/共91页
导热问题的数学描写导热微分方程式导热系数为常数导热系数为常数、无内热源时第22页/共91页
导热问题的数学描写导热微分方程式导热系数为常数、稳态时导热系数为常数、无内热源、稳态时第23页/共91页
导热问题的数学描写导热微
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