【传热传质学】第01章导热的基本定律及导热方程.pptx

第一章

导热的基本定律及导热方程2020/11/13Friday1

导热的基本定律及导热方程导热：2020/11/13Friday2是温度不同的各部分物质直接接触，物质之间没有宏观相对运动情况下能量传递过程。导热过程在固体、液体、气体介质中均可能发生。导热也称为热传导。物体内部物质之间△T引起导热。导热依靠分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而传递能量的过程。

导热的基本定律及导热方程2020/11/13Friday3宏观的角度出发，以实验中总结出来的基本定律为基础进行数学的推导注重导热问题的典型的数学方法导热研究对象：

导热的基本定律及导热方程一、导热的基本定律2020/11/13Friday4T=f(x,y,z,τ)任一瞬时，温度在物体上各点分布。1.温度场：T随时间τ变化，其导热过程叫非稳态导热。(1)稳态温度场：(2)非稳态温度场（瞬态温度场）：T不随时间τ变化，其导热过程叫稳态导热。

2.温度梯度2020/11/13Friday5物体任一点上不能同时有二个温度值。相同温度点构成等温面或等温线(不会相交)2.温度梯度:把等温面法线方向的△T与距离△n比值极限叫温度梯度.如下图：

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导热的基本定律及导热方程温度梯度在各轴向的投影为:2020/11/13Friday7正方向是温度增加方向.温度梯度为(向量)

导热的基本定律及导热方程2020/11/13Friday8热能总是从温度高的地方传向温度底的地方，单位时间内传递的热量称为热流量(W)向量单位时间在等温面法线方向上通过单位面积所传递的热量叫比热流或热流密度(w/㎡)(向量)各向同性的均质物体导热.付利叶给出3.热流量：4.热流密度：5.傅利叶定律：

导热的基本定律及导热方程热流密度在数值上正比于温度梯度,方向与温度梯度相反。在直角坐标系:2020/11/13Friday9λ为导热系数

导热的基本定律及导热方程热流密度是矢量，它永远与等温线（面）垂直计算某个点的局部热流量时，必须以与热流密度相垂直的面积为计算面积。只要存在温度梯度，气体和液体除导热外，还伴有辐射与对流。只适用于各向同性材料。傅立叶定律隐含着把热量传播速度视为无穷大的性质。2020/11/13Friday10

导热系数2020/11/13Friday116.导热系数：物性参数.表明物质的导热能力.(w/m·k)取决于结构、状态、容重、湿度、压力、温度等.工程中,导热系数值制成图表可查阅。分子不规则运动,分子相互碰撞传递能量.气体:气体温度代表分子平均动能.根据分子运动理论。

导热的基本定律及导热方程2020/11/13Friday12液体:分子在平衡位置上,不规则的弹性运动和分子无规则自由运动.是气固之间过渡态.T↑,则ρ↓,T增加,一般情况下λ↓。水和甘油例外。T↑,则λ↑。金属:自由电子运动。大多数情况下T↑,则λ↓(T增加金属原子热运动影响自由电子运动。有杂质则λ急剧↓↓,合金λ低。T↑,则λ↑.氢、氦λ是其它气体的5—10倍,水蒸汽受压力影响大.

导热的基本定律及导热方程2020/11/13Friday13非金属晶体:晶格振动,依靠实验方法确定。金属：50～415W/(m·k)合金：12～120W/(m·k)非金属液体：0.17～0.7W/(m·k)隔热材料：0.02～0.17W/(m·k)大气压力下的气体：0.007～0.17W/(m·k)一些典型材料在通常温度范围内的导热系数为：

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2020/11/13Friday19导热系数本质特征：(1)无论金属或非金属材料，它的晶体比它的无定形态具有较好的导热性。(2)对于晶体和其它定向结构材料，相对于材料结构轴的不同方向上，在不同方向上，导热系数具有不同的数值，存在一个热传导主轴。(3)与晶体成长方法有关的一些小的结构上的差异影响他们的导热系数。

导热的基本定律及导热方程2020/11/13Friday20(4)与纯物质状态相比较，晶体物质的化学组成上的杂质导致较低的导热系数，纯金属比它们相应的合金具有高的多的导热系数。(5)机械损伤，如冷加工和核辐射的损伤导致材料导热系数的变化。(6)一般，金属