《傳熱學》第一章-導熱理論基礎

《傳熱學》第一章導熱理論基礎1．導熱機理的簡介：氣體：分子不規(guī)則運動相互作用或碰撞介電體（非導電固體）：彈性波（晶格振動的傳遞）金屬：自由電子的相互作用和碰撞液體：類似于介電體（以前曾認為類似于氣體）2．純導熱過程的實現(xiàn)：多在固體中存在，液體和氣體需消除對流3．導熱理論研究的前提條件：連續(xù)介質4．導熱理論研究的目的——求出任何時刻物體中各處的溫度第一節(jié)基本概念及傅立葉定律1－1基本概念：一、溫度場：t=f(x,y,z,τ)穩(wěn)態(tài)溫度場、二維和一維溫度場二、等溫面和等溫線：三、溫度梯度：n為等溫面法向上的單位矢量（溫度變化率最大的方向）

溫度降度：－gradt四、熱流矢量：BaronJeanBaptlsteJosephFourier(1768-1830)1－2傅立葉定律——確定了熱流矢量和溫度梯度的關系

q=-λgradtW/m2

（負號表示熱流矢量的方向和溫度梯度的方向相反）在三個坐標軸上熱流密度分量的描述

第二節(jié)導熱系數(shù)每種物質的導熱系數(shù)可通過實驗確定常用物質可查表獲取一般規(guī)律固相>液相>氣相金屬>非金屬晶體>無定形態(tài)純物質>有雜質物質純金屬>合金

導熱系數(shù)的主要影響因素：溫度、壓力氣體的導熱系數(shù)：隨溫度升高而增大（由于分子運動速度和比定容熱容增大），壓力對其影響不大（密度增大但自由程減小）

液體的導熱系數(shù)：非締合和弱締合液體：隨溫度升高而減?。ㄓ捎诿芏葴p?。?強締合液體：不一定（因為溫度升高時密度減小，但締合性減弱，使分子碰撞幾率增加）

金屬的導熱系數(shù)：隨溫度升高而減?。ㄓ捎诰Ц裾駝蛹訌姼蓴_了自由電子運動）;摻入雜質將減小（因為晶格完整性被破壞，干擾了自由電子運動）

非金屬材料的導熱系數(shù)：隨溫度升高而增大（由于晶格振動加強）保溫材料：平均溫度不高于350℃、導熱系數(shù)不大于0.12W/m?K的材料表觀導熱系數(shù)：考慮多孔材料孔隙內介質時，反映材料綜合導熱性能的導熱系數(shù)保溫材料保溫性能的影響因素：a.空隙度：過?。罕匦阅芟陆担ㄒ驗榉墙饘俚膶嵯禂?shù)大于空氣的導熱系數(shù)）過大：保溫性能下降（因為孔隙連通導致孔隙內對流作用加強）b.濕度：過大：保溫性能下降（因為水的導熱系數(shù)大于空氣，且會形成更強烈對流）玻璃棉橡塑聚氨酯泡沫塑料第三節(jié)導熱微分方程式研究目標：確定物體內的溫度場

研究基礎：導熱微分方程式＝能量守恒定律＋傅立葉定律

研究對象：右圖中的六面微元體根據(jù)能量守恒定律：導入和導出微元體的凈熱量＋微元體中內熱源的發(fā)熱量＝微元體熱能（內能）的增加導入微元體的凈熱量：在一定時間dτ內:導出微元體的凈熱量：將微分的定義式：代入上式再將傅立葉定律代入，得出：三個方向導入與導出微元體的凈熱量：b.內熱源的發(fā)熱量：三式相加，得出：a.導入與導出微元體的總凈熱量：c.內能增加量：將a,b,c代入能量守恒定律，得出：——導熱微分方程式在幾種特殊條件下對導熱微分方程式的簡化：1.物性參數(shù)λ

、ρ、c均為常數(shù)：定義：熱擴散率表征物體被加熱或冷卻時，物體內各部分溫度趨向均勻一致的能力2.物性參數(shù)λ

、ρ、c均為常數(shù)，無內熱源：3.物性參數(shù)λ

、ρ、c均為常數(shù)，穩(wěn)態(tài)溫度場：4.物性參數(shù)λ

、ρ、c均為常數(shù)，穩(wěn)態(tài)溫度場，無內熱源：5.物性參數(shù)λ

、ρ、c均為常數(shù)，二維穩(wěn)態(tài)溫度場，無內熱源：6.物性參數(shù)λ

、ρ、c均為常數(shù)，一維穩(wěn)態(tài)溫度場，有內熱源：7.物性參數(shù)λ

、ρ、c均為常數(shù)，一維穩(wěn)態(tài)溫度場，無內熱源：作用：用來對某一特定的導熱過程進行進一步的具體說明通解特解四種單值性條件：δ,l,d……λ,ρ,c……幾何條件物理條件時間條件邊界條件導熱過程與周圍環(huán)境相互作用的條件僅在非穩(wěn)態(tài)導熱過程中存在第四節(jié)導熱過程的單值性條件傳熱學中的四種邊界條件：一類邊界（常壁溫邊界）：二類邊界（常熱流邊界）：或二類邊界的特殊情況——絕熱邊界出現(xiàn)場合：對稱邊界，長肋肋端三類邊界（對流邊界）：四類邊界（接觸面邊界）：或四種邊界條件的已知條件：一類：已知物體壁面溫度tw二類：已知穿過物體邊界的熱流密度qw（熱流密度為0時為絕熱邊界）三類：已知物體邊界面周圍的流體溫度tf和邊界面與流體之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h四類：已知相鄰物體與本物體接觸面處的溫