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1、第一章 导热理论基础,1导热机理的简介： 气体：分子不规则运动相互作用或碰撞 介电体（非导电固体）：弹性波（晶格振动的传递） 金属：自由电子的相互作用和碰撞 液体：类似于介电体（以前曾认为类似于气体） 2纯导热过程的实现： 多在固体中存在，液体和气体需消除对流 3导热理论研究的前提条件：连续介质 4导热理论研究的目的求出任何时刻物体中各处的温度,第一节 基本概念及傅立叶定律,11 基本概念： 一、温度场：t=f(x,y,z,) 稳态温度场、二维和一维温度场 二、等温面和等温线：,三、温度梯度：,n为等温面法向上的单位矢量（温度变化率最大的方向） 温度降度：gradt,四、热流矢量：,Baron
2、 Jean Baptlste Joseph Fourier(1768-1830),12 傅立叶定律 确定了热流矢量和温度梯度的关系 q=-gradt W/m2 （负号表示热流矢量的方向和温度梯度的方向相反） 在三个坐标轴上热流密度分量的描述,第二节 导热系数,每种物质的导热系数可通过实验确定 常用物质可查表获取,一般规律,固相液相气相 金属非金属 晶体无定形态 纯物质有杂质物质 纯金属合金,导热系数的主要影响因素：温度、压力,气体的导热系数： 随温度升高而增大（由于分子运动速度和比定容热容增大）， 压力对其影响不大（密度增大但自由程减小）,液体的导热系数： 非缔合和弱缔合液体：随温度升高而减小
3、（由于密度减小）; 强缔合液体：不一定（因为温度升高时密度减小，但缔合性减弱，使分子碰撞几率增加）,金属的导热系数： 随温度升高而减小（由于晶格振动加强干扰了自由电子运动）; 掺入杂质将减小（因为晶格完整性被破坏，干扰了自由电子运动）,非金属材料的导热系数： 随温度升高而增大（由于晶格振动加强）,保温材料： 平均温度不高于350 、导热系数不大于0.12W/mK的材料,表观导热系数： 考虑多孔材料孔隙内介质时，反映材料综合导热性能的导热系数,保温材料保温性能的影响因素： a.空隙度： 过小：保温性能下降（因为非金属的导热系数大于空气的导热系数） 过大：保温性能下降（因为孔隙连通导致孔隙内对流作
4、用加强） b.湿度： 过大：保温性能下降（因为水的导热系数大于空气，且会形成更强烈对流）,玻璃棉,橡塑,聚氨酯泡沫塑料,第三节 导热微分方程式,研究目标：确定物体内的温度场,研究基础： 导热微分方程式能量守恒定律傅立叶定律,研究对象：,右图中的六面微元体,根据能量守恒定律： 导入和导出微元体的净热量微元体中内热源的发热量 微元体热能（内能）的增加,导入微元体的净热量：,在一定时间d内:,导出微元体的净热量：,将微分的定义式：,代入上式,再将傅立叶定律代入，得出：,三个方向导入与导出微元体的净热量：,b.内热源的发热量：,三式相加，得出：,a.导入与导出微元体的总净热量：,c.内能增加量：,将a
5、,b,c代入能量守恒定律，得出：,导热微分方程式,在几种特殊条件下对导热微分方程式的简化：,1.物性参数 、 、c均为常数：,定义：热扩散率,表征物体被加热或冷却时，物体内各部分温度趋向均匀一致的能力,2.物性参数 、 、c均为常数，无内热源：,3.物性参数 、 、c均为常数，稳态温度场：,4.物性参数 、 、c均为常数，稳态温度场，无内热源：,5.物性参数 、 、c均为常数，二维稳态温度场，无内热源：,6.物性参数 、 、c均为常数，一维稳态温度场，有内热源：,7.物性参数 、 、c均为常数，一维稳态温度场，无内热源：,作用：用来对某一特定的导热过程进行进一步的具体说明,通解,特解,四种单值
6、性条件：,l,d,c,几何条件,物理条件,时间条件,边界条件,导热过程与周围环境 相互作用的条件,仅在非稳态导热过程中存在,第四节 导热过程的单值性条件,传热学中的四种边界条件：,一类边界（常壁温边界）：,二类边界（常热流边界）： 或,二类边界的特殊情况绝热边界 出现场合：对称边界，长肋肋端,三类边界（对流边界）：,四类边界（接触面边界）： 或,四种边界条件的已知条件： 一类：已知物体壁面温度tw 二类：已知穿过物体边界的热流密度qw （热流密度为0时为绝热边界） 三类：已知物体边界面周围的流体温度tf和 边界面与流体之间的表面传热系数h 四类：已知相邻物体与本物体接触面处的温度t2或热流密度q2,一个导热问题的完整描述导热微分方程单值性条件,第一章重点： 1.傅立叶定律的理解 2.导热系数的理解和保温材料 3.导热微分方程的选择和简化 4.边界条件的判断,
