辽宁科技冶金传输原理.pptx

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;传热学发展史;一、导热;二、对流;在微分方程的理论求解上,以下两方面发挥了作用:

其一:普朗特于1904年提出的边界层概念。

在流动边界层概念的启发下,1921年波尔豪森又引进了热边界层的概念。1930年波尔豪森与数学家施密特,贝克曼合作,成功地求解了坚壁附近空气的自然对流换热。

其二:湍流计算模型的发展,有力地推动了传热学理论求解向纵深方向发展。近代发展中,麦克亚当、贝尔特和埃克特先后作出了重要贡献。;三、热辐射;§6热量传输概论;1·由温度场与时间关系分为稳态和非稳态温度场。

A.温度场随时间而变化,即称为不稳态温度场。

不稳态温度场中热量传输过程称为不稳态传热。

如热量传输以导热方式进行称为不稳态导热。

B.温度场不随时间而变化,即称为稳态温度场。

稳态温度场中的热量传输过程称为稳态传热。

稳态温度场中的导热过程称为稳态导热。;2·温度场与空间坐标的关系分为一维,二维和三维。;2.等温面和等温线:;3、温度梯度:;。C/m;;4.热流量与热流密度;6.1.1导热;2、导热基本定律——傅立叶定律(由法国数学家傅立叶于1822年确定的);②温度梯度gradt=0则导热现象消失q=0。(引起物体内部热量传输的根本原因是物体内部存在温度梯度)

③只适用于连续均匀且各向同性物体(∵q方向与等温面并不垂直时,公式仅在导热系数主轴方向上成立)

④由定律可知,由温度场t→温度梯度gradt→q,故导热问题研究中,注意力集中于分析物体内部的温度场。

⑤在直角坐标系中,表示成:

;3、导热系数;2)影响因素:;②温度的影响:

工程上,大多数材料λ与T有关,在一定温度范围内,λ可近似看作是T的线性参数:

注:λ——温度为t时的导热参数,

λ0——只表示λ在导热系数坐标上的截踞,并不一定是0℃时材料的真实λ,

b——由实验确定的常数,

t——物体的平均温度。

③物态的影响:;1)气体的λ范围:0.006~0.6w/m·℃;

空气20℃时λ=0.0259w/m·℃,

机理:导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。T↑分子热运动动能↑→λ↑

M↓分子热运动动能↑→λ↑(如H2λ=0.17w/m·℃)

2)液体的λ范围:0.07~0.7w/m·℃;

水20℃时λ=0.599w/m·℃,

机理:由分子振动所产生的不规则的弹性波来传递热量,类似于非金属固体。

影响因素:多数液体T↑→ρ↓→λ↓(水,甘油除外);液体金属λ高,λ=1.75~87w/m·℃,自由电子起作用的。

3)固体的λ范围:λ=2.2~420w/m·℃:

机理:依靠晶格振动和自由电子迁移完成。

导电固体(金属):T↑→λ↓;晶格振动剧烈阻碍了自由电子的运动。

合金导热:T↑→λ↑合金是通过晶格振动进行。

λ金属λ合金(∵金属中掺入杂质,破坏了晶格完整性,干扰自由电子运动)

非金属固体(耐火材料):λ=0.025~3.0w/m·℃,

;机理:主要靠晶格振动,即靠分子,原子在其平衡位置附近振动来实现(弹性波)。

T↑→λ↑,但大多数金属氧化物随T↑→λ↓。

绝热(隔热,保温)材料:室温下,λ0.2w/m·℃的材料叫~~。

材料空隙中存在空气起隔热效果,热量通过材料实体和孔隙两部分传导。如石棉,泡沫塑料,有多孔特点。

各向异性体:内部各向结构不同,不同方向上λ不同,在给出导热系数同时,还应明确方向,如木材,石墨等;[例题1]已知金属杆内的温度分布为

;解:由杆中温度分布表明该温度场是一维不稳态温度场

;;[例题2]有一厚度为的无限大平壁,它的两侧表面

分别保持均匀不变的温度tw1和tw2,如图所示。试求下列条件下通过平壁的导热通量和壁内的温度分布。

(1)平壁材料的导热系数为常数;

(2)平壁材料的导热系数为

;解:这是一个一维稳态导热问题,利用傅立叶定律可直接

导出通过平壁的导热公式。

(1)导热系数为常数

在稳态条件下,通过平壁的导热通量为常数,即

;设壁内距离壁面x处的温度为t,将傅立叶定律表达式从0到x重新积分,则得

;将上式分离变量并从x=0积分到x=s,即;设平壁内距离表面x处的温度为t,将傅立叶定律表达式从x=0积分到x=x,即:;4、傅立叶定律应用;

2)曲线形状分析:λ=λ0(1+bt)

b0时:即材料导热系数λ随T↑而↓,此时曲

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