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2.1 导热基本定律—傅立叶定律研究方法：从连续介质的假设出发、从宏观的角度来讨论导热热流 量与物体温度分布及其他影响因素之间的关系。
一般情况下，绝大多数固体、液体及气体都可以看作连 续介质。
但是当分子的平均自由行程与物体的宏观尺寸相比 不能忽略时，如压力降低到一定程度的稀薄气体，就不能认 为是连续介质。
主要内容：（1）导热的基本概念、导热基本定律 ；（2）导热现象的数学描述方法； （3）几种稳态导热的计算方法。
2.1 导热基本定律—傅立叶定律气体——导热是气体分子不规则热运动 导 电 固 体——自由电子的运动 非导电固体——过晶格结构的振动(弹性声波)液体——类似气体 or 类似非导电固体1. 温度场(温度分布)：指在各个时刻物体内各点温度分布的总称。
物体的温度分布是坐标和时间的函数 t = f (x, y, z,τ ) 稳态温度场(定常温度场) t = f (x, y, z) 非稳态温度场(非定常温度场) t = f (x, y, z,τ )2.1 导热基本定律—傅立叶定律2. 等温面与等温线 等温面：同一时刻、温度场中所有温度 相同的点连接起来所构成的面 等温线：用一个平面与各等温面相交， 在这个平面上得到一个等温线簇等温面与等温线的特点： 彼此不能相交 不会中断，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t+Δt t t-Δt2.1 导热基本定律—傅立叶定律2. 等温面与等温线 等温线图的物理意义： 若每条等温线间 的温度间隔相等 时，等温线的疏 密可反映出不同 区域导热热流密 度的大小。
如图 所示是用等温线 图表示温度场的 实例。
2.1 导热基本定律—傅立叶定律3. 温度梯度在温度场中，温度沿x方向的 变化率(即偏导数)∂t = ∂xlimΔt ΔxΔx → 0明显, 等温面法线方向的温度变化率最大，温度变化最剧烈。
∂t < ∂t ∂x ∂n温度梯度：等温面法线方向的温度变化率矢量：gradt = ∂t n ∂n温度梯度是矢量，指向温 度增加的方向。
1.导热基本定律 : 当导热体中进行纯导热时 , 通过导热面的热流密度 , 其值与该处温度梯度的绝对值成正比 , 而方向与温度梯度相反。
2.2. 非稳态导热: 发生在非稳态温度场内的导热过程称为非稳态导热。
或：物体中的温度分布随时间而变化的导热称为非稳态导热。
3.3. 凝结换热 : 蒸汽同低于其饱和温度的冷壁面接触时 , 蒸汽就会在壁面上发生凝结过程成为流液体。
4.4. 黑度 : 物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比。
5.5. 有效辐射: 单位时间内离开单位表面积的总辐射能。
6.6 ．稳态导热 : 发生在稳态温度场内的导热过程称为稳态导热。
7.7．稳态温度场 : 温度场内各点的温度不随时间变化。
（或温度场不随时间变化。
）8.8 ．热对流:依靠流体各部分之间的宏观运行，把热量由一处带到另一处的热传递现象。
对流换热：流体与固体壁直接接触时所发生的热传递过程.对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式9.9 ．传热过程 : 热量由固体壁面一侧的热流体通过固体壁面传递给另一侧冷流体的过程。
10.10．肋壁总效率 : 肋侧表面总的实际散热量与肋壁测温度均为肋基温度的理想散热量之比。
11.11. 换热器的效能（有效度） : 换热器的实际传热量与最大可能传热量之比。
或12.12. 大容器沸腾 : 高于液体饱和温度的热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾。
13.13. 准稳态导热 : 物体内各点温升速度不变的导热过程。
14.14. 黑体 : 吸收率等于 1 的物体15.15. 复合换热: 对流换热与辐射换热同时存在的综合热传递过程。
16.16. 温度场 : 温度场是指某一瞬间物体中各点温度分布的总称。
17.17. 吸收率: 外界投射到某物体表面上的辐射能，被该物体吸收的百分数。
18.18.温度边界层：对流换热时，在传热壁面附近形成的一层温度有很大变化(或温度变化率很大)的薄层。
19.19.灰体：吸收率与波长无关的物体称为灰体。
传热学
（Heat Transfer ）
材料成型教研室
第一节导热基本定律
导热基本定律及稳态导热
¾第一节导热基本定律¾第四节通过肋片的导热
¾第二节导热微分方程式
¾第三节通过平壁，圆筒壁，球壳
和其它变截面物体的导热第一节导热基本定律和空间的函数，即：稳态温度场
非稳态温度场t = f ( r, )τ0()
t f r =第一节导热基本定律
(,)t f r τ=1）按时间划分
2）按时间划分三维温度场
一维温度场
二维温度场
)
,(y x f t =第一节导热基本定律
(1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交
同一时刻、温度场中所有温度相同的点连接起来所构成的面。
等温线：用一个平面与
各等温面相交，在这个平面上得到一个等温线簇。
等温面与等温线的特点：
(2) 在连续的温度场中，等温面或等温线不会中断，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。
第一节导热基本定律（3）物体的温度场通常用等温面或等温线表示第一节导热基本定律
3.温度梯度(Temperature gradient） t t
n s
ΔΔ≠ΔΔ温度的变化率沿不同的方向一般是不同的。
温度沿某一方向x变化率在数学
上可以以用该方向上温度对坐标的偏导数来表示，即
温度梯度是用以反映温度场在
空间的变化特征的物理量。
第一节导热基本定律直角坐标系：Cartesian coordinates ）
温度梯度是向量；正向朝着温度增加的方向
t t t t i j k x y z
∂∂∂=+
+∂∂∂u r r r
第一节导热基本定律
二、导热基本定律(Fourier’s law）
垂直导过等温面的热流密度，正比于该处的温度梯度，
方向与温度梯度相反。
热导率（导热系数）W (m C)⎡⎤⋅⎣⎦
o
:λ负号——表示热流密度与温度梯度的方向的方向相反
n——是该点等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向q——热流密度矢量
第一节导热基本定律直角坐标系中：
热流密度矢量：等温面上某点，以通过该点处最大热流
密度的方向为方向、数值上正好等于沿该方向的热流密度不同方向上的热流密度的大小不同
q
θ
q θ
x y z q i q j q k ++u r uu r uu r c o s q θ
=r
⎣⎦
第一节导热基本定律
注：傅里叶定律只适用于各向同性材料
各向同性材料：热导率在各个方向是相同的
t ∂u u r u u r
x y z x y z
∂∂∂第一节导热基本定律热导率的数值：就是物体中单位温度梯度、单位时
间、通过单位面积的导热量影响热导率的因素：物质的种类、材料成分、温度、湿
度、压力、密度等
热导率的数值表征物质导热能力大小。
实验测定-g r a d t
; λλλλλ>>>金属非金属固相液相气相
W (m C )⎡⎤⋅⎣⎦o
第一节导热基本定律
不同物质热导率的差异：构造差别、导热机理不同气体的导热：由于分子的热运动和相互碰撞时发生的能
0.0244W (m C) ;λ=空气20: 0.026W (m C)
C λ=空气
第一节导热基本定律(m C )
o 3、固体的热导率纯金属的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动
主要依靠前者
(1) 金属的热导率：
12~418W (m C)
λ≈o 金属金属导热与导电机理一致；良导电体为良导热体：
λλλ>>>银铜铝
金T λ↑⇒↓
第一节导热基本定律
金属中掺入任何杂质将破坏晶格的完整性，干
金属的加工过程也会造成晶格的缺陷合金的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动；
主要依靠后者
温度升高、晶格振动加强、导热增强
λ⇒↓
T λ↑⇒↑
如常温下：0
398w/m.c
λ=纯铜0109w/m.c
λ=黄铜黄铜：70%Cu, 30%Zn
第一节导热基本定律
建筑隔热保温材料：大多数建筑材料和绝热材料具有多孔或纤维结构多孔材料的热导率与密度和湿度有关
保温材料：国家标准规定，温度低于350度时热导率小
0.12W/(mK)的材料（绝热材料）
0.025~3W (m C)λ
≈o T λ↑⇒↑
ρλ↓↓⇒↓
、湿度。
