热传导和热辐射 第一章 引言和热传导的理论基础.ppt

第一章 引言和热传导的理论基础 引 言 §1－1 本课程的研究对象、内容及要求 第一部分：热传导理论 介绍科学研究和工程技术中广泛应用 的固体热传导理论 1，直角、圆柱和球坐标系中的稳 态和非稳态的热传导问题的求 解（分离变量法）； 2，边界条件和热源随时间变化的 热传导问题的求解（杜哈美尔 法）； 3，求解热传导问题的格林函数法； 4，求解非稳态热传导问题的拉普 拉斯变换法； 5，积分近似法； 6，相变问题求解的几种方法。 第二部分：热辐射理论 掌握热辐射的基本理论和计算方法，为分析和计算科学研究和工程技术中广泛应用遇到的辐射换热问题打下基础。 1，辐射换热的基本概念和定律； 2，辐射换热的计算； 3，辐射换热的工程应用和实验 研究； 预备知识： ● 传热学基本原理； ● 数理方程求解的基本知识。 本课程的重要性 ● 用解析解求解热传导问题 1，解的形式为函数形式，便于分 析； 2，认识基本传热问题的主要特征； 3，校验数值解的可靠性； 教材 ?zisik：Heat Conduction 中译本：M.N.奥齐西克：热传导，俞昌铭主译，高等教育出版社。 主要参考书 1, H.S.Carslou and J.C.Jaeger: Conduction of Heat in Solids, Oxford Univ. Press, 1959 2, 张洪济：热传导理论，高等教育出版社，北京，1992 3, 王兴安，梅飞鸣：辐射传热，高等教育出版社，北京，1984 4, E.N.斯帕罗，R.D.塞斯：辐射换热，高等教育出版社，北京，1984（E.N.Sparrow and R.D. Cess: Radiation Heat Transfer. ) 5, 梁昆淼：数学物理方法（第三版），人民教育出版社，北京，1998 考核 1，习题：40％ 2，考试（开卷）：60％ §1-2 热传导的理论基础 热传导：介质中由于存在温度梯 度而产生的能量传递 一，传导速率方程 热传导速率的表达式（付立叶定律） (1-1) 热流密度： 付立叶定律是由大量实验事实总 结出来的。 由于热量总是向温度降低的方向传输，所以付立叶定律中要加“ 负 ” 号。 付立叶定律（1－1）式又是导热系 数 k 的定义式。它是是材料的热物性 参数，在国际单位制中，k 的单位是 W/m.?C. 物性：材料的物理性质； 热物性：材料的热物理性质，如 ρ， μ， Cp， k 热流是一个向量！ 付立叶热传导定律一般的表达形式： （1－2） 热流向量与等温面垂直，因此可以写成 直角坐标系中，热流的表达式 (1－3) 条件：介质是各向同性的。 二，热扩散方程 热传导分析目的之一：决定一个热传导体在一定的边界条件下的温度场。由此可得－传热速率，热应力，膨胀，位移等； 处理方法：对传热现象在物理分析的基础上，建立物理模型，导出控制方程 定义一个微元控制体，运用能量守恒关系，分析在该微元体的能量传输过程，引入相应的传输速率方程，得到一个微分方程，求解该微分方程可以得到热传导介质中的温度分布。 以直角坐标系中温度分布T(x,y,z)为例，建立热扩散方程(均匀介质)。 分析微元控制体 dxdydz 所进行的能量交换过程。当有温度梯度 时，每一个控制表面上，都会有热传导发