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传热学 第四版 杨世铭 陶文全 编著 主讲教师 张岩 能源与动力学院 1.概念 表征传热过程强烈程度的指标。数值上等于冷热流体间温差⊿t = 1℃，传热面积 A = 1 m2 时热流量的值。 k值越大，则传热过程越强，反之，则弱。 §2-1 导热基本定律 在各向异性材料中： 在结构上有方向性的材料，如：石英、木材、叠层塑料板、叠层金属板，其导热系数随方向而变化 三、导热系数（ Thermal conductivity ） 不同物质导热系数的差异：构造差别、导热机理不同 气体分子运动理论：常温常压下气体热导率可表示为： 2、液体的导热系数 3、固体的导热系数 二， 导热基本定律 在导热现象中，单位时间内通过给定截面所传递的热量，正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率，而热量传递的方向与温度升高的方向相反，即 傅里叶定律 平板的两个表面分别维持各自的均匀温度 傅里叶导热定律（通用规律） 数学表达式： 热力学第二定律 （限定条件） 热流密度表示 t+Δt t t-Δt 当物体的温度是三个坐标的函数时，其形式为: 是空间某点的温度梯度 通过该点等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向； 空间热流量密度矢量 注：温度梯度是一个矢量；正向朝着温度增加的方向 在直角坐标系中：（Cartesian coordinates） 热流密度矢量： 傅里叶定律只适用于各向同性材料：导热系数在各个方向相同 注意 木材沿木纹方向的导热系数约为垂直于木纹方向的2～4倍。对于各向异性材料必须指明方向才有意义。 定义： 在单位温度梯度作用下物体内所产生的热流密度 — 物质的重要热物性参数 影响导热系数的因素： 物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等 导热系数的数值表征物质导热能力大小。实验测定 或：在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量 由于分子的热运动和相互碰撞时发生的能量传递 1、气体的导热系数： 气体的热导率基本不随压力变化 ：气体分子运动的均方根速度 气体的温度升高时：气体分子运动速度和定容比热随T升高而增大。 气体的热导率随温度升高而增大 ：气体分子在两次碰撞间平均自由行程 ：气体的密度； ：气体的定容比热 气体的压力升高时：气体的密度增大、平均自由行程减小、而两者的乘积保持不变。 混合气体热导率不能用部分求和的方法求；只能靠实验测定 分子质量： 小的气体（H2、He）热导率较大 — 分子运动速度高 l = l0 (1 + bt) b 0 主要依靠晶格的振动 晶格：理想的晶体中分子在无限大空间里排列成周期性点阵，即所谓晶格 大多数液体（分子量M不变）： 水和甘油等强缔合液体，分子量变化，并随温度而变化。在不同温度下，热导率随温度的变化规律不一样 液体的热导率随压力p的升高而增大 l = l0 (１ + bt) b 0 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 金属导热与导电机理一致； 良导电体为良导热体： (1) 金属的热导率： 晶格振动的加强干扰自由电子运动 l = l0 (１ + bt) b 0 合金：金属中掺入任何杂质将破坏晶格的完整性,干扰自由电子的运动 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 如常温下： 黄铜： 70%Cu，30%Zn 非金属的导热： 依靠晶格的振动传递热量；比较小 建筑隔热保温材料： (2) 非金属的： 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度时热导率小于0.12W/(mK)的材料（绝热材料） 导热系数的确定 工程计算采用的各种物质的导热系数的数值都 是用专门实验测定出来的。 测量方法包括稳态测量方法和非稳态测量方法。 物质的导热系数值可以查阅相关文献。 2.2 导热问题的数学描写 2.2.1 导热微分方程的推导 定义： 根据能量守恒定律与傅立叶定律，建立导热物体中的温度场应满足的数学表达式，称为导热微分方程。 所有导热物体的温度场都应满足 定解条件： 对于某一具体问题，必须规定相应的初始时间与边界条件 导热问题完整的数学描写 假设： (1) 三维各向同性导热物体； (2) 非稳态； (3) 变物性； (4) 有内热源均匀分布； 单位体积的导热体在单位时间内放出的热量（产生为+，消耗为-）单位为 [W/m3]; 理论基础：傅里叶定律 + 热力学第一定律 根据能量守恒定律，在dτ时间内 从导热体内任意取出一个微元平行六面体进行能量收支平衡分析 方法： 导入与导