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1、1 1HeattansferHeattansferHeattansfer2.1 2.1 导热基本定律导热基本定律- -傅里叶定律傅里叶定律2 2 烧开水时，为什么烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏？很容易烧坏？ 为什么保温杯可以为什么保温杯可以起到保温作用？起到保温作用？我们身边的导热现象我们身边的导热现象Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer3 3 电脑主板电脑主板电子设备温度分布图电子设备温度分布图Heat tansferHeat tansferHeat
2、 tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer 电脑内，必须电脑内，必须加强芯片的散热。加强芯片的散热。4 4建筑物砖体的选用建筑物砖体的选用大剧院温度场大剧院温度场 建筑环境领域涉建筑环境领域涉及到大量节能、保温、及到大量节能、保温、温度场等知识。温度场等知识。Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer5 5一、一、 热传导（导热）热传导（导热）1 1 1 1 定义定义定义定义 物体各部分之间不发生相对位移时，物体各部分之间不发生相对位移时，物体各部
3、分之间不发生相对位移时，物体各部分之间不发生相对位移时， 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的 热运动而产生的热量传递称为热传导，简热运动而产生的热量传递称为热传导，简热运动而产生的热量传递称为热传导，简热运动而产生的热量传递称为热传导，简 称导热。称导热。称导热。称导热。 如：固体与固体之间及固体内部的如：固体与固体之间及固体内部的如：固体与固体之间及固体内部的如：固体与固体之间及固体内部的 热量传递。热量传递。热量传递。热量传递。 HeattansferHeattansferHeat
4、tansfer6 62导热的特点导热的特点必须有温差必须有温差; ;物体直接接触物体直接接触; ;依靠分子、原子及自由电子等微观依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量粒子热运动而传递热量; ;不发生宏观的相对位移不发生宏观的相对位移. .HeattansferHeattansferHeattansfer7 7HeattansferHeattansferHeattansfer8 83导热机导热机理理气体：气体分子不规则热运动时相互气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。碰撞的结果。导电固体：自由电子运动。导电固体：自由电子运动。非导电固体：晶格结构的振动。非导电固体：晶格结构的振
5、动。液体：很复杂液体：很复杂。HeattansferHeattansferHeattansfer9 9气体导热气体导热 氢氢( (黄色黄色) )与氧与氧( (蓝色蓝色) )，当温度升高，当温度升高，分子运动速度增加。分子运动速度增加。HeattansferHeattansferHeattansfer1010导电固体导热导电固体导热导电固体有相当多导电固体有相当多的自由电子在晶格之的自由电子在晶格之间像气体分子那样运间像气体分子那样运动。自由电子的运动动。自由电子的运动在导热中起着主要作在导热中起着主要作用。用。HeattansferHeattansferHeattansfer1111非导电固体
6、导热非导电固体导热 非导电固非导电固体：体：导热通过晶格结导热通过晶格结构的振动，即原构的振动，即原子、分子在其平子、分子在其平衡位置附近的振衡位置附近的振动来实现。动来实现。HeattansferHeattansferHeattansfer1212二二 温度场温度场1 1 定义：各时刻物体中各点温度所组成的集合定义：各时刻物体中各点温度所组成的集合称为温度场，又称为温度分布，它是时间和空称为温度场，又称为温度分布，它是时间和空间坐标的函数间坐标的函数 ，记为，记为tt为温度为温度; ; x,y,zx,y,z为空间坐标为空间坐标; ; - -时间时间坐标坐标 Heat tansferHeat
7、tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer1313稳态温度场稳态温度场 稳态导热稳态导热（Steady-state conduction）非稳态温度场非稳态温度场 非稳态导热非稳态导热（Transient conduction）三维稳态温度场：三维稳态温度场： 一维稳态温度场一维稳态温度场: : Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer14142 2 等温面等温面等温面：温度场中同一瞬间同温度各点连成的面。等温面：温度场中同
8、一瞬间同温度各点连成的面。Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer1515等温面与等温线的特点：等温面与等温线的特点：(1) (1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交；温度不同的等温面或等温线彼此不能相交；(2) (2) 在连续的温度场中，等温面或等温线不会中止，在连续的温度场中，等温面或等温线不会中止，它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线），或者它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线），或者就终止与物体的边界上就终止与物体的边界上; ;3 3 等温线等温线(3)3)物体的温度通常用等温面
9、或等温线表示。物体的温度通常用等温面或等温线表示。Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer定义：在任何一个二维的截面上等温面表现为等温定义：在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。线。16161 1、傅里叶定律、傅里叶定律定义：在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量正定义：在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向与温度升高的方向相反。传递的方向与温度升高的方向相反。
10、数学表达式：数学表达式：负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向。负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向。Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer三三 导热的基本规律导热的基本规律 1717（负号表示热量传递方向与温度升高方向相反）（负号表示热量传递方向与温度升高方向相反） 傅里叶定律用热流密度表示傅里叶定律用热流密度表示 其中其中 热流密度热流密度( (单位时间内通过单位面单位时间内通过单位面积的热流量积的热流量) ) 物体温度沿物体温度沿 x x 轴方向的变化率轴方向的变化率 Heat
11、 tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer1818Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer2 2 通过平板的一维导热通过平板的一维导热图图2-1 通过平板的一维导热通过平板的一维导热 如图如图所示的所示的两个表面分别维两个表面分别维持均匀温度的平持均匀温度的平板，是个一维导板，是个一维导热问题。对于热问题。对于x方向上任意一个方向上任意一个厚度为厚度为dx的微的微元层来说元层来说1919 根据傅里叶
12、定律，单位时间内通过该根据傅里叶定律，单位时间内通过该根据傅里叶定律，单位时间内通过该根据傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热热量与当地的温度变化率及平板层的导热热量与当地的温度变化率及平板层的导热热量与当地的温度变化率及平板层的导热热量与当地的温度变化率及平板面积面积面积面积A A A A成正比，即成正比，即成正比，即成正比，即Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer(2-1) 式中式中 是比例系数，称为是比例系数，称为热导率，又称热导率，又称导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升导热系
13、数，负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。高的方向相反。2020n n 当物体的温度仅在当物体的温度仅在当物体的温度仅在当物体的温度仅在 x x x x 方向发生变化时，按方向发生变化时，按方向发生变化时，按方向发生变化时，按傅立叶定律，热流密度的表达式为傅立叶定律，热流密度的表达式为傅立叶定律，热流密度的表达式为傅立叶定律，热流密度的表达式为: : : : Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer(2-2) 说明：傅立叶定律又称导热基本定律，式（说明：傅立叶定律又称导热基本定律，式（
14、 2 2-1 -1 ）、（）、（ 2 2-2 -2 ）是一维稳态导热时傅立叶定律）是一维稳态导热时傅立叶定律的数学表达式。的数学表达式。2121n n通过分析可知：通过分析可知：通过分析可知：通过分析可知：（ 1 1 1 1 ）当温度）当温度）当温度）当温度 t t t t 沿沿沿沿 x x x x 方向增加时，方向增加时，方向增加时，方向增加时， 而而而而 q q q q ，说明此时热量沿，说明此时热量沿，说明此时热量沿，说明此时热量沿 x x x x 减小的方向传递；减小的方向传递；减小的方向传递；减小的方向传递； （ 2 2 2 2 ）反之，当）反之，当）反之，当）反之，当 0 0 0
15、0 q0 q0 q0 ，说明热量，说明热量，说明热量，说明热量沿沿沿沿 x x x x 增加的方向传递。增加的方向传递。增加的方向传递。增加的方向传递。 （ 3 3 3 3 ）导热系数）导热系数）导热系数）导热系数 表征材料导热性能优劣的表征材料导热性能优劣的表征材料导热性能优劣的表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，单位：参数，是一种物性参数，单位：参数，是一种物性参数，单位：参数，是一种物性参数，单位： w/m.k w/m.k w/m.k w/m.k 。 Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat
16、tansfer2222n n 不同材料的导热系数值不同，即使不同材料的导热系数值不同，即使同一种材料导热系数值与温度等因素有同一种材料导热系数值与温度等因素有关。金属材料最高，良导电体，也是良关。金属材料最高，良导电体，也是良导热体，液体次之，气体最小。导热体，液体次之，气体最小。 Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer3 3 导热系数的特性导热系数的特性2323物质导热性能比较保温材料：导热系数小的材料称为保温材料。保温材料：导热系数小的材料称为保温材料。国家标准：凡平均温度不高于国家标
17、准：凡平均温度不高于350350导热系数不导热系数不大于大于0.12w/(m.k)0.12w/(m.k)的材料称为保温材料。的材料称为保温材料。 Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer2424 同一种物质的导热系数同一种物质的导热系数也会因其状态参数的不同而也会因其状态参数的不同而改变，因而导热系数是物质改变，因而导热系数是物质温度和压力的函数。温度和压力的函数。 一般把导热系数仅仅视一般把导热系数仅仅视为温度的函数，而且在一定为温度的函数，而且在一定温度范围还可以用一种线性温度范围还可以用一种线性关系来描述关系来描述 Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer2525 Heat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansferHeat tansfer谢谢大家谢谢大家
