第八章 热量传输方程OK.ppt

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1、第二篇第二篇 热量的传输热量的传输 传热：由于温度差引起的热量转移过程传热：由于温度差引起的热量转移过程统称为传热统称为传热。研研究究不不同同的的物物体体间间，或或同同一一物物体体的的不不同同部部位位间间存存在在温温度度差差时时，其其间间的的热热量量传传递递的规律的规律。第八章第八章 传热的基本方程传热的基本方程 传热的三种基本方式：导热、对流、辐射。传热的三种基本方式：导热、对流、辐射。第一节第一节 基本概念基本概念第二节第二节 热量传输的基本方式和基本定律热量传输的基本方式和基本定律 第三节第三节 热量传输的微分方程热量传输的微分方程 第四节第四节 初始条件和边界条件初始条件和边界条件 本

2、章内容：本章内容：第一节第一节 基本概念基本概念1.温度场温度场物体温度随空间坐标的分布和随时间而变物体温度随空间坐标的分布和随时间而变化的规律。化的规律。温度场是连续函数温度场是连续函数讨论：讨论：2、等温面、等温面 等温线特点：3、温度梯度、温度梯度 4、热流量与热通量、热流量与热通量 返回返回第二节第二节 热量传输的基本方式和基本定律热量传输的基本方式和基本定律 是依靠微观粒子的热运动而进行的，使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。热量从高温区传给低温区。导热的特点导热的特点导热的特点导热的特点基本定律：基本定律：=f=f（种类，结构，密度，成分，温度，湿种类，结构

3、，密度，成分，温度，湿度，度，）傅立叶定律的可以改写为：傅立叶定律的可以改写为：单位体积物体的热量梯度。单位体积物体的热量梯度。回顾牛顿粘性定律牛顿粘性定律2 2、对流、对流3 3、热辐射、热辐射 例题例题例题例题例例8-213cm厚的玻璃纤维（厚的玻璃纤维（=0.035W/m）两面的温度差为两面的温度差为85，求每小时每单位面积流，求每小时每单位面积流过的热量。过的热量。例例8-3一大垂直表面保持一固定温度一大垂直表面保持一固定温度100，以自由对流方式散热至温度，以自由对流方式散热至温度为为40的周围大气中，对流给热系数的周围大气中，对流给热系数为为0.8W/m2，求单位面积的传求单位面积

4、的传热量。热量。返回返回 第三节第三节 热量传输的微分方程热量传输的微分方程 一、推导 方法：采用微元体分析法。方法：采用微元体分析法。现将热力学第一定律形式写为：现将热力学第一定律形式写为：首先将问题简化：对体系中的任意取得的微元体，对体系中的任意取得的微元体，其热量平衡关系有其热量平衡关系有 等式右边等式右边 A AX X方向：方向：设通过微元体设通过微元体A A面面的流体的流速为的流体的流速为 UxUx，温度为温度为 t t，单位时间内从单位时间内从A A面对流传入的热量面对流传入的热量为：为：热流量热流量Q=Q=热通量热通量qdAqdA（面积）面积）l 热流量热流量=热量热量/时间时间

5、l=Cpmt/=Cpmt/时间时间l =Cpt=Cptm/m/时间时间（m/m/m/m/时间时间时间时间）质量）质量）质量）质量流流量量量量=质量质量质量质量通通量量量量UxdAUxdAUxdAUxdA（面积）面积）面积）面积）故经过故经过A面以对流的方式面以对流的方式带入带入元体的热量为：元体的热量为：热流量热流量dQdQ=CptUxdACptUxdA（流体的热容流体的热容CpCp （J/g J/g），），密度密度 （/）在在B B面，流体的流速为面，流体的流速为 流体的温度为流体的温度为 解解解解释释释释？因是连续介质，速度、温度可以全微分？因是连续介质，速度、温度可以全微分仅有仅有dxd

6、x，dydy=0=0，dzdz=0 =0 （x x方向）方向）B故经过故经过B面以对流的方式带出元体的热量为：面以对流的方式带出元体的热量为：展开，忽略高阶微量展开，忽略高阶微量dxdx2，得得 A A面面-B B面面=X X方向元体的对流热流量收入量：方向元体的对流热流量收入量：同理同理 Z方向元体的对流热流量收入量：方向元体的对流热流量收入量：（2 2）微元体的界面从外界以）微元体的界面从外界以导热导热的方式的方式得到的热量：得到的热量：经经B B面面导出：导出：A面面-B面面=X方向元体的方向元体的导热导热收入量收入量 同理同理 Y方向元体的方向元体的导热导热收入量：收入量：Z方向元体的

7、方向元体的导热导热收入量：收入量：（3）微元体从外界得到的总热量为：）微元体从外界得到的总热量为：化简：化简：所所 以以由于由于(不可压缩流体不可压缩流体)微元体内能的增量微元体内能的增量 等式左边3、左边=右边 故故二、二、讨论讨论 或 称付立叶称付立叶克希荷夫导热微分方程克希荷夫导热微分方程（导温系数）（导温系数）或或（3 3）、当对固体导热时）、当对固体导热时（4 4）固体一维稳态导热时：）固体一维稳态导热时：ii=0直角坐直角坐i=1x=r柱坐标柱坐标i=2x=r球坐标球坐标 三、柱坐标系和球坐标系中的三、柱坐标系和球坐标系中的热量传输微分方程热量传输微分方程 对球坐标系：对球坐标系：返回返回返回返回第四节第四节 初始条件和边界条件初始条件和边界条件 常见的常见的温度边界条件温度边界条件有：有：温度边界条件可分为三类：温度边界条件可分为三类：本章结束本章结束请请同学们自己总结同学们自己总结