冶金传输原理----ja8.pdf

第二篇热量的传输
传热:由于温度差引起的热量转移过程统称为传热。
目的:研究不同的物体间,或同一物体的不同部位间存在温度差时,其间的热量传递的规
律。

第八章传热的基本方程
传热的三种基本方式:导热、对流、辐射。

第一节基本概念
1. 温度场
物体温度随空间坐标的分布和随时间而变化的规律。
T=f(x,y,z,τ)
同时,在研究热量传输时,也将研究的对象看成连续介质,认为温度场是连续的,是
连续函数。
∂t ∂t ∂t ∂t
dt = dt + dx + dy + dz
∂τ∂x ∂y ∂z
∂t
讨论:1)若≠ 0 ,不稳定温度场,在不稳态温度场中的传热——不稳态传热。
∂τ
∂t
2)若= 0 ,稳态温度场,在稳态温度场中的传热——稳态传热。
∂τ
3)温度场与空间坐标 x,y,z。三维:x,y,z;二维:x,y;一维:x。

2、等温面
温度场中,同一时刻,由温度相同的点所构成的面为等温面。

等温圆桶面等温线:一平面和一系列等温

面相交,得一族等温线。
一条等温线






特点:
a. 等温线不会相交。(因为每一条线表示一个温度,若有相交,则交点必有二个温度,
同一时刻任何一点不可能有一个以上的不同温度)。
b. 在连续的温度场中,等温面(线)也是连续的,不能在温度场中断开(应是完全封闭
的曲面(曲线)或终止于物体的边界上)。

3、温度梯度
方向导数:
1
n
l
T+ΔT
Δl

ΔT ∂T
T lim =
l→Δ 0 Δl ∂l
∂l 最小就是∂n 方向。
温度梯度:(取最大值的方向导数)
等温面的法线方向的方向导数为温度梯度。
Δt ∂t
gradt = lim =
n→Δ 0 Δn ∂n
方向:把温度增加的方向作为它的正方向。
从低温高温
直角坐标系;
∂t →∂t →∂t →
gradt = i + j+ k
∂x ∂y ∂z

4、热流量与热通量
热流量:单位时间内通过某一给定面积所传输的热量。Q [W]
1W=1J/S
热通量:单位时间,通过单位面积的热量。q [W/m2] [J/]
q=Q/F


第二节热量传输的基本方式和基本定律
1、导热
物体内不同温度的各部分之间,或不同温度的物体相接触时发生的传热现象。
如:
20℃ 500℃ 200℃ 25 ℃




(1) (2)接触

特点:是依靠微观粒子的热运动而进行的,使热量从高温区传给低温区。

基本定律:
付立叶定律:单位时间内通过单位截面积的导热量(热通量 q)与温度梯度成比。
∂t
gradtq −=−= λλ/ mW 2
∂n
式中: λ——导热系数 W/㎡;
2
“-”——表示导热的方向与温度梯度方向相反。
“q”是向量:温度场中过某点的热通量和该点的温度梯度相重合,但方向相反。
→→→
直角坐标: ++= zyx kqjqiqq
∂t ∂t ∂t
q −= λ q −= λ q −= λ
x ∂x y ∂y z ∂z
“λ”—导热系数,重要的热物性参数,反映物体导热能力的大小。
λ=f(种类,结构,密度,成分,温度,湿度,……)
(1) λ一般由实验测定
λ=λ0(1+bt)
式中:λ0—0℃时的导热系数;
b—实验确定的常数。
(2) λ与物态有关
固体> 液体> 气体
工程上:把室温下λ< W/m ℃的材料称为绝热材料。一般,它是多孔,是利用气
体导热系数小。
傅立叶定律可以改写为:

λ∂ p ρtC ∂ p ρtC )()(
q −= −= a
C p ρ∂y ∂y
式中:Cp—物体的比热,ρ—物体的密度。

3
∂ p ρtC )( / / °××° CmKgCKgJ / mJ
→=
∂y m m3
单位体积物体的热量梯度。
λ
其中: a = m2/S
C p ρ
称物体的热量传输系数或导温系数,它是表征物体热量传输能力的重要参数。
a 大:表明物体在导热时的导热量大,吸收或释放的热量小,物体传播热量的能力就
强,或传播热量的速度快。
A 小:热量传播能力就弱,或热量传播的速度就慢。
所以:傅立叶定理可表述为:
∂ p ρtC )(
物体的导热通量与单位体积物体的热量梯度