導(dǎo)入與導(dǎo)出微元體的凈熱量傅里葉定律課件

1、第一章 導(dǎo)熱理論基礎(chǔ) 本章主要內(nèi)容與導(dǎo)熱有關(guān)的基本概念；導(dǎo)熱的基本定律 ；導(dǎo)熱現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述方法。導(dǎo)熱問(wèn)題研究方法：從連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)出發(fā)、從宏觀的角度來(lái)討論導(dǎo)熱熱流量與物體溫度分布及其他影響因素之間的關(guān)系。第一節(jié) 基本概念及傅里葉定律1.1 基本概念溫度場(chǎng) ：任意時(shí)刻空間所有各點(diǎn)的溫度穩(wěn)定不穩(wěn)定一維二維三維等溫面與等溫線：溫度相同的點(diǎn)連成的面或線 特征：(1)同一時(shí)刻，物體中溫度不同的等溫面或等溫線不能相交；(2)在連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)條件下，等溫面（或等溫線）或者在物體中構(gòu)成封閉的曲面（或曲線），或者終止于物體的邊界，不可能在物體中中斷。等溫線絕熱面墻體拐角內(nèi)的等溫線溫度梯度 :沿等溫面法線方向上

2、的溫度變化率tt-tt+tgradt nq直角坐標(biāo)系中溫度梯度的計(jì)算表達(dá)式 溫度梯度矢量 熱流密度矢量：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位面積上所傳遞的熱量1.2 導(dǎo)熱的基本定律傅里葉定律第二節(jié) 導(dǎo)熱系數(shù) 2.1 定義導(dǎo)熱系數(shù)反應(yīng)了物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小2.2 導(dǎo)熱系數(shù)的一般特性許多工程材料的近似特性2.3 導(dǎo)熱機(jī)理與材料分類導(dǎo)熱機(jī)理：依靠微觀粒子（如分子、原子、自由電子等）的熱運(yùn)動(dòng)（如移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)等）傳遞熱量純金屬的導(dǎo)熱主要靠自由電子的熱運(yùn)動(dòng)，尤其是自由電子遷移，導(dǎo)熱系數(shù)大。晶格的振動(dòng)阻礙自由電子的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而減小。合金自由電子減少，導(dǎo)熱系數(shù)小合金和非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。導(dǎo)熱系數(shù)小于

3、0.12W/(mK)成為保溫材料大多數(shù)液體（水和甘油除外）的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而減?。ㄒ?yàn)槊芏葴p小）。所有氣體的導(dǎo)熱系數(shù)均隨溫度升高而增大第三節(jié) 導(dǎo)熱微分方程式建立導(dǎo)熱微分方程式的目的：求解溫度場(chǎng)和熱流量建立導(dǎo)熱微分方程式依據(jù)：能量守恒+傅里葉定律 微元體界面導(dǎo)入與導(dǎo)出的凈熱量+ 微元體中內(nèi)熱源發(fā)熱量=微元體熱力學(xué)能的增加1、導(dǎo)入與導(dǎo)出微元體的凈熱量d 時(shí)間內(nèi)、沿 x 軸方向、經(jīng) x 表面導(dǎo)入的熱量：d 時(shí)間內(nèi)、沿 x 軸方向、經(jīng) x+dx 表面導(dǎo)出的熱量：d 時(shí)間內(nèi)、沿 x 軸方向?qū)肱c導(dǎo)出微元體凈熱量：d 時(shí)間內(nèi)、沿 y 軸方向?qū)肱c導(dǎo)出微元體凈熱量：d 時(shí)間內(nèi)、沿 z 軸方向?qū)肱c導(dǎo)出

4、微元體凈熱量：導(dǎo)入與導(dǎo)出微元體的凈熱量傅里葉定律：導(dǎo)入與導(dǎo)出微元體的凈熱量2、微元體中內(nèi)熱源的發(fā)熱量3、微元體熱力學(xué)能的增量導(dǎo)熱微分方程式、導(dǎo)熱過(guò)程的能量方程時(shí)變項(xiàng)，反映單元體內(nèi)能量變化率擴(kuò)散項(xiàng)，反映由單元體界面導(dǎo)入的凈熱量源項(xiàng)，反映單元體內(nèi)部的發(fā)熱量若物性參數(shù) 、c 和 均為常數(shù)：熱擴(kuò)散率表征物體被加熱或冷卻時(shí)，物體內(nèi)各部分溫度趨向于均勻一致的能力在同樣加熱條件下，物體的熱擴(kuò)散率越大，物體內(nèi)部各處的溫度差別越小。a反應(yīng)導(dǎo)熱過(guò)程動(dòng)態(tài)特性，研究不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的重要物理量若物性參數(shù)為常數(shù)且無(wú)內(nèi)熱源：物性參數(shù)為常數(shù)且無(wú)內(nèi)熱源的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：第四節(jié) 導(dǎo)熱過(guò)程的單值性條件單值性條件的定義：使導(dǎo)熱微分方程式具有唯

5、一解的定解條件。單值性條件一般包括：幾何條件、物理?xiàng)l件、時(shí)間條件、邊界條件。1. 幾何條件：說(shuō)明參與導(dǎo)熱物體的幾何形狀及尺寸。幾何條件決定溫度場(chǎng)的空間分布特點(diǎn)和分析時(shí)所采用的坐標(biāo)系。2. 物理?xiàng)l件：說(shuō)明導(dǎo)熱物體的物理性質(zhì), 例如物體有無(wú)內(nèi)熱源以及內(nèi)熱源的分布規(guī)律，給出熱物性參數(shù)(、c、a 等)的數(shù)值及其特點(diǎn)等。3. 時(shí)間條件：說(shuō)明導(dǎo)熱過(guò)程時(shí)間上的特點(diǎn), 是穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱還是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。對(duì)于非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱, 應(yīng)該給出過(guò)程開始時(shí)物體內(nèi)部的溫度分布規(guī)律（稱為初始條件）。4. 邊界條件：說(shuō)明導(dǎo)熱體邊界上過(guò)程進(jìn)行的特點(diǎn)，反映過(guò)程與周圍環(huán)境相互作用的條件(1) 第一類邊界條件：已知任一瞬間導(dǎo)熱體邊界上溫度值例：大平壁一維穩(wěn)定導(dǎo)熱(2) 第二類邊界條件：已知物體邊界上熱流密度的分布及變化規(guī)律 特例：絕熱邊界面Oxtw1tw2(3) 第三類邊界條件：當(dāng)物體壁面與流體相接觸進(jìn)行對(duì)流換熱時(shí)，已知任一時(shí)刻邊界面周圍流體的溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)求解導(dǎo)熱問(wèn)題的方法：(1) 分析解法；(2) 數(shù)值解法；(3) 實(shí)驗(yàn)方法。導(dǎo)熱問(wèn)題分析解法