第3章2课传导

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1、 齐齐哈尔大学齐齐哈尔大学Chapter 4 Heat Transfer第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导讲授内容讲授内容讲授内容讲授内容讲授内容讲授内容 概概 述述4.1 热热 传传 导导4.2 对对 流流 传传 热热4.3 传传 热热 计计 算算4.4 辐辐 射射 传传 热热4.5第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导3 3 平壁的稳定热传导平壁的稳定热传导2 2 导热系数导热系数4 4圆筒壁的稳定热传导圆筒壁的稳定热传导1 1基本概念和傅立叶定基本概念和傅立叶定 律律4.2

2、热传导热传导第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导重点重点傅里叶傅里叶定律定律本节的重本节的重点及难点点及难点难点难点圆筒壁的传热圆筒壁的传热速率计算速率计算4.2 热传导热传导第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导n 在概述中简单介绍了热传导是起因在概述中简单介绍了热传导是起因于物体内部分子微观运动的一种传热于物体内部分子微观运动的一种传热方式。其微观机理非常复杂，不同形方式。其微观机理非常复杂，不同形态热传导机理不同。由于只有固体中态热传导机理不同。由于只有固体中有纯导热，本节只讨论的对象仅为各有纯导热，本节只讨论的对象仅为各向同性、质地均匀

3、固体物质的热传导。向同性、质地均匀固体物质的热传导。1 1基本概念和傅立叶定基本概念和傅立叶定 律律第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导n1.1 有关热传导的基本概念有关热传导的基本概念n1.1.1 温度场和等温面温度场和等温面n温度场：某一时刻，物体（或空间）各点的温度分温度场：某一时刻，物体（或空间）各点的温度分布总和。布总和。n式中式中 t 某点的温度，某点的温度，；n x,y,z 某点的坐标；某点的坐标；n 时间。时间。n不稳定温度场：各点的温度随时间而改变的温度场。不稳定温度场：各点的温度随时间而改变的温度场。n稳定温度场：任一点的温度均不随时间而改变的温度

4、稳定温度场：任一点的温度均不随时间而改变的温度场。场。 假如稳定温度场中温度仅随某一坐标方向变化，假如稳定温度场中温度仅随某一坐标方向变化，称为一维稳定温度场。称为一维稳定温度场。1 1基本概念和傅立叶定基本概念和傅立叶定 律律,zyxft 第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导n 等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。的点组成的面。n讨论讨论n 沿等温面无热量传递，而沿等温面相交的任何沿等温面无热量传递，而沿等温面相交的任何方向上有热量传递。方向上有热量传递。n 不同温度的等温面不相交。不同温度的等温面不相交。1

5、 1基本概念和傅立叶定基本概念和傅立叶定 律律t1 t2t1t2等温面第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导n1.1.2 温度梯度温度梯度n温度梯度：两等温面的温度差温度梯度：两等温面的温度差 tn与其间的垂直距离与其间的垂直距离 n之比，在之比，在 nn趋于零时的极限（即表示温度场趋于零时的极限（即表示温度场n内某一点等温面法线方向的温度内某一点等温面法线方向的温度n变化率）。变化率）。n讨论讨论 n（1）温度梯度是个矢量，其正方向是沿温度梯度增）温度梯度是个矢量，其正方向是沿温度梯度增加的方向加的方向 。n（2）一维稳定温度场中温度梯度表示为）一维稳定温度场中温度梯

6、度表示为ntnttgradn0lim1 1基本概念和傅立叶定基本概念和傅立叶定 律律温度梯度与热流方向的关温度梯度与热流方向的关系系Qdntt-t t+tdxdttgrad 第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导n 热传导的宏观规律可用傅立叶定律来描述。热传导的宏观规律可用傅立叶定律来描述。 n1.2 傅立叶定律傅立叶定律n 通过等温面某一微元的热传导速率（单位时间内通过等温面某一微元的热传导速率（单位时间内传导的热量）与该微元等温面的法向温度梯度及该微传导的热量）与该微元等温面的法向温度梯度及该微元的导热面积成正比。元的导热面积成正比。 n n式中式中 dQ 热传导速

7、率，热传导速率，W或或J/s；n dA 导热面积，导热面积，m2；n t/ n 温度梯度，温度梯度，/m或或K/m；n 比例系数。称为导热系数比例系数。称为导热系数，W/(m)或或W/(mK)。n - 表示热流方向总是与温度梯度方向相反。表示热流方向总是与温度梯度方向相反。1 1基本概念和傅立叶定律基本概念和傅立叶定律ddQAtn 第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导n讨论讨论n (1)在实际中，最常见的是一维稳态热传导。在实际中，最常见的是一维稳态热传导。n一维稳态热传导：一维稳态热传导：n (2)导热系数不仅是个比例系数也是表征材导热系数不仅是个比例系数也是表征材

8、料导热性能的物性参数，单位为料导热性能的物性参数，单位为dxdtAQdd1 1基本概念和傅立叶定基本概念和傅立叶定 律律CmwmCmwntAQo02dd第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导n分析分析n计算计算QQ关键确定关键确定。n 物理意义：温度梯度为物理意义：温度梯度为1 1时，单位时间内通过单时，单位时间内通过单位传热面积的传热量；导热系数在数值上等于单位位传热面积的传热量；导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量，温度梯度下的热通量， 越大越大导热性能越好。从强导热性能越好。从强化传热来看，选用化传热来看，选用 大的材料；相反要削弱传热，大的材料；相反要削弱

9、传热，选用选用 小的材料。小的材料。n 与与 相似，相似，导热系数不仅是个比例系数也是表征导热系数不仅是个比例系数也是表征材料导热性能的物性参数，材料导热性能的物性参数， 越大，导热性能越好，越大，导热性能越好， 是分子微观运动的宏观表现，与分子运动和分子是分子微观运动的宏观表现，与分子运动和分子间相互作用力有关，数值大小取决于物质的结构及间相互作用力有关，数值大小取决于物质的结构及组成、温度和压力等因素。组成、温度和压力等因素。ddQAtn 2 2 导热系数导热系数ntAQdd第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导n 不同形态的物质导热系数不同的。不同形态的物质导热系

10、数不同的。n（1 1）固体固体n 纯金属纯金属T升高，升高， 下降，纯金属比合金的大。下降，纯金属比合金的大。n 非金属非金属T升高，升高， 升高，同样温度下，升高，同样温度下， 越大，越大， 越大。越大。n 在一定温度范围内（温度变化不太大），大多数在一定温度范围内（温度变化不太大），大多数均质固体与均质固体与t呈线形关系，可用下式表示：呈线形关系，可用下式表示：n t时的导热系数，时的导热系数，W/(m)或或W/(mK)；n 0 0时的导热系数，时的导热系数，W/(m)或或W/(mK)；n a 温度系数，对大多数金属材料为负值（温度系数，对大多数金属材料为负值（a 0）。）。)1 (0at

11、2 2 导热系数导热系数第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导导n（2 2）液体液体n 液体分为金属液体和非金属液体两液体分为金属液体和非金属液体两n类，金属液体导热系数较高，后者较低。类，金属液体导热系数较高，后者较低。n而在非金属液体中，水的导热系数最大。而在非金属液体中，水的导热系数最大。n 除水和甘油等少量液体物质外，绝大除水和甘油等少量液体物质外，绝大n多数液体，多数液体， T T升高，升高， 下降（略微）。下降（略微）。n一般来说，纯液体的大于溶液。一般来说，纯液体的大于溶液。2 2 导热系数导热系数第第 4 4 章章 （第（第 2 2 节）节）热热 传传 导