研究生传热学课件第1章
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第一章 导热理论基础本章重点:准确理解温度场、温度梯度、导热系数等基本概念,准确掌握导热基本定律及导热问题的基本分析方法。
物质内部导热机理的物理模型:(1)分子热运动;(2)晶格(分子在无限大空间里排列成周期性点阵)振动形成的声子运动;(3)自由电子运动。
物质内部的导热过程依赖于上述三种机理中的部分项,这几种机理在不同形态的物质中所起的作用是不同的。
导热理论从宏观研究问题,采用连续介质模型。
第一节 基本概念及傅里叶定律1-1 导热基本概念一、温度场(temperature field)(一)定义:在某一时刻,物体内各点温度分布的总称,称为即为温度场(标量场)。
它是空间坐标和时间坐标的函数。
在直角坐标系下,温度场可表示为:),,,(τz y x f t = (1-1)(二)分类:1.从时间坐标分:① 稳态温度场:不随时间变化的温度场,温度分布与时间无关,0=∂∂τt ,此时,),,(z y x f t =。
(如设备正常运行工况) 稳态导热:发生于稳态温度场中的导热。
② 非稳态温度场:随时间而变化的温度场,温度分布与时间有关,),,,(τz y x f t =。
(设备启动和停车过程)非稳态导热:在非稳态温度场中发生的导热。
2.从空间坐标分: ① 三维温度场:温度与三个坐标有关的温度场,⎩⎨⎧==稳态非稳态),,(),,,(z y x f t z y x f t τ ② 二维温度场:温度与二个坐标有关的温度场,⎩⎨⎧==稳态非稳态),(),,(y x f t y x f t τ∆tt-∆tgrad t③ 一维温度场:温度只与一个坐标有关的温度场,⎩⎨⎧==稳态非稳态,)()(x f t x f t τ 二、等温面与等温线1.等温面(isothermal surface):在同一时刻,物体内温度相同的点连成的面即为等温面。
2.等温线(isotherms):用一个平面与等温面相截,所得的交线称为等温线。
为了直观地表示出物体内部的温度分布,可采用图示法,标绘出物体中的等温面(线)。
第1章绪论§1.1 传热学的研究内容及其应用四、传热学在科学技术各个领域中的应用3.3.温度控制温度控制温度控制::为使一些设备能安全经济地运行为使一些设备能安全经济地运行,,或者为得到优质产品为得到优质产品,,要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制部位的温度进行控制。
例如例如::电子器件的冷却航天器重返大气层时的热防护原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量:定律有:绪论第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流((热对流热对流))(Convection )4. 对流对流换热的特点换热的特点第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流((热对流热对流))(Convection )5. 对流对流换热量的计算换热量的计算换热量的计算------牛顿冷却定律牛顿冷却定律() w f ΦhA t t =− () w f q ΦA h t t ==−h —表面传热系数表面传热系数[[W/(m 2K)]Φ—热流量热流量[[W ],单位时间传递的热量q —热流密度热流密度[[W/m 2]A—与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积[[m 2 ]w t —固体壁表面温度固体壁表面温度[[o C ]f t —流体温度流体温度[[o C ]()f w ΦhA t t =− ()f w q ΦA h t t ==−流体受冷流体受热第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流((热对流热对流))(Convection )6. 表面传热系数表面传热系数((h )是过程量是过程量,,与具体的换热过程有关与具体的换热过程有关,,受许多因素影响第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流((热对流热对流))(Convection )7. 对流热阻=1h t t ΦR hA ∆∆= =1h t t q r h∆∆=wt ft ΦhR 有限面积对流热阻1h R hA=单位面积对流热阻1h r h=第。