第一章导热的理论基础要点.ppt

* 上式只是定义式，并不用它来求导热系数，而是通过实验来得，反过来求热流量 传热学 第 一 章 导热理论基础 分类： 定义：温度场描述了各个时刻物体内所有各点 的温度分布。 第一节 基本概念及傅里叶定律 1. 温度场（temperature field） 稳态温度场： 非稳态温度场： 按温度场是否随时间变化 一、基本概念 一维稳态温度场 三维温度场； 二维温度场； 一维温度场： Φ 按温度场随空间坐标的变化 举例 2、等温面与等温线 同一时刻，温度场中所有温度相同的点连接所构成的面叫做等温面。 不同的等温面与同一平面相交，则在此平面上构成一簇曲线，称为等温线。 图1-1 房屋墙角内的温度场 3. 温度梯度：最大的温度变化率 是沿等温面法线方向的向量， 其正方向指向温度增加的方向。 注意：两个不同温度的等温面或两条不同温度的等温线绝不会彼此相交。它们或者是物体中完全封闭的曲面（线），或者终止与物体的边界上。 4. 热流矢量 等温面上某点，已通过该点最大热流密度的方向为方向，数值也正好等于沿该方向热流密度的矢量称为热流密度矢量。 1. 导热基本定律（Fourier’s law of heat conduction） 二、 傅里叶定律 Φ— 热流量（heat flow），W q — 热流密度（heat flux），W/m2 A — 与热量传递方向相垂直的截面面积 ? — 导热系数（thermal conductivity） — 空间某点的温度梯度（temperature gradient） 式中： 2. 关于Fourier定律的几点说明： 物理意义： 在导热过程中，热流量其大小正比于温度梯度 和截面面积，其方向与温度梯度的方向相反。 Fourier定律确定了热流失量和温度梯度的关系。 适用范围： 各向同性物体的稳态导热和非稳态导热。 λ与方向无关。 向量形式 热流密度： 3. 直角坐标系中热流密度的大小和方向 温度梯度： W/m2 大小 方向 单位 温度降落的方向 Φ 通过大平壁的一维稳态导热，傅里叶定律表示为： 举例 1. 定义： 既是物体中单位温度降度单位时间通过单位面积的导热量。 2. 影响因素： 物体的结构和物理状态（密度，成分，湿度等）；固液气 物体的种类；金属非金属 物体的温度: 实验指出，对大多数材料, ?与 t 呈线形关系； ? = ? 0 (1+ b t ) （表1-1，附录2~8） 第二节 导热系数 说明 导热系数通常由实验测定； W/（m.k） 导热系数：气体~绝热材料 液体 金属 2.1 各类物体的导热机理 ? 最小，0.006—0.6 W/(m.K) 气体分子不规则的热运动和 相互碰撞而产生的热量传递。 温度；温度升高，导热能力增强； 气体分子量；分子量小的气体导热能力强。 氢，氦的导热系数高。 气 体 ?数值 机理 影响因素 0.07—0.7 W/m.K。 晶格的振动 温度；对大多数液体 t ?, ?? （水，甘油除外）。 液体 ?数值 机理 影响因素 主要依靠自由电子的迁移和晶格的振动。 纯金属：导热系数很大 纯金属的温度 t ?, ?? 掺入杂质（合金） ? ?（黄铜） 常温：银铜金铝铂铁等 导电性能好的金属，导热性能也好 常温 12—418 W/m.K 金属固体 ?数值 机理 影响因素 耐火材料，建筑材料： 保温材料：凡平均温度不高于350℃、 导热系数不大于0.12 W/m.K的材料。 各向异性材料（木材，石墨，晶体等）： 导热系数的数值与方向有关。 0.025—3.0 W/m.K 温度，材料气孔率，湿度，密度。 例如：玻璃纤维，矿渣棉，聚乙烯泡沫塑料等。 非金属 ?数值 影响因素 假设: 物体各向同性连续介质, λ,ρ,с为常数， 物体有内热源（存在吸热放热的化学反应， 电阻通电发热等）。 选取微元六面体，应用能量守恒方程 第三节 导热微分方程式 导入微元体的总热流量dфin X方向： y方向： z方向： 导出微元体的总热流量 dфout X方向： y方向： z方向： x z y x z y x z y 而