传热学（第六版）1第一章

PAGEPAGE1PAGE1第一章导热理论基础第一节基本概念及傅里叶定律一、基本概念1.温度场温度场是指某一时刻，物体的温度在空间上的分布。一般地说，它是时间和空间的函数，对直角坐标系即(1-1)式中温度；直角坐标系的空间坐标；时间。2.等温面与等温线同一时刻，温度场中所有温度相同的点连接所构成的面叫做等温面。不同的等温面与同一平面相交，则在此平面上构成一簇曲线，称为等温线。图-1-1房屋墙角内的温度场图1-2温度梯度3.温度梯度（1-3）在直角坐标系中，温度梯度可表示为（1-4）在圆柱坐标系中，参看图1-3，温度梯度可表示为（1-5）在圆球坐标系中，参看图1-3，温度梯度可表示为=（1-6）图1-3圆柱和圆球坐标系图1-3圆柱和圆球坐标系4.热流矢量热流矢量在直角坐标系三个坐标轴上的分量为、、。而且++(1-7)热流矢量在圆柱坐标系三个坐标轴上的分量为、、，(1-8)热流矢量在圆球坐标系三个坐标轴上的分量为、、，(1-9)图1-4热流矢量和温度梯度二、傅里叶定律（W/m2）(1-10)（1-11）(1-12)（1-13)第二节热导率（1-14）图1-5各类物质热导率的范围273K时部分物质的热导率表1-1材料W/(mK)材料W/(mK)材料W/(mK)纯金属固体：合金材料非金属材料银428黄铜(70Cu-30Zn)109方镁石MgO41.6铜401铜合金(70Cu-30Zn)22.2石英（平行于轴）19.1铝236杜拉铝(96Al-4Cu)160刚玉石，Al2O310.4镁157铝合金(92Al-8Mg)102大理石2.78锌122碳钢(wc≈1.0%)43.0冰，H2O2.22铁83.5碳钢(wc≈1.5%)36.8熔凝石英1.91镍94铬钢(wCr≈5%)36.3黏土1.3铂71.5铬钢(wCr≈17%)22瓷砖1.1锡68.2镍钢(wNi≈1%)45.2泥土0.83铅35.5镍钢(wNi≈35%)13.4云母0.58锆23.2铬镍钢14.7硼硅酸耐热玻璃0.22~0.76钛22.4钨钢(ww≈35%)18.4石膏板0.16气体保温材料及气凝胶材料W/(mK)液体氦0.1462陶瓷保温板0.080水银8.21氢0.1726软泡沫塑料0.043~0.056水0.561空气0.0240聚氯乙烯泡沫0.043乙醇0.1713氨0.0229PU泡沫塑料0.025环戊烷0.1364氩0.0165SiO2气凝胶0.02~0.013戊烷0.128二氧化碳0.0147低密度碳气凝胶0.05R1230.0240异丁烷0.0143PTW改性SiO2气凝胶0.028~0.035R245fa0.0959R142b0.0096TiO2改性SiO2气凝胶0.014R365mfc0.0852R220.0092水镁石纤维改性SiO2气凝胶0.01~0.03汽油0.145R134a0.0114氧化铝气凝胶0.098润滑油0.148R320.0109聚苯乙烯类改性SiO2气凝胶0.041纳米水溶液0.8~2.6R1234yf0.0116碳遮光石英气凝胶0.015纳米冷冻油0.18~0.34（1-15）1．气体的热导率（1-16）图1-6气体的导热系数1－水蒸汽；2－二氧化碳；3－空气；4－氩；5－氧；6－氮图1-7氢和氦的导热系数2．液体的热导率液体热导率的数值约在0.07～0.7W/(mK)范围内。液体的导热主要是依靠晶格的振动来实现。应用这一概念来解释不同液体的实验数据，其中大多数都得到了很好的证实，据此得到的液体的热导率的经验公式为（1-17）式中cp——液体的比定压热容；——液体的密度；——液体的分子量；图1-8液体的热导率1-凡士林油；2-苯；3-丙酮；4-蓖麻油；5-乙醇;6-甲醇；7-甘油；8-水A——系数，与晶格振动在液体中的传播速度成正比，它与液体的性质无关，但与温度有关。3．金属的热导率图1-9金属的导热系数4．非金属材料（介电体）的热导率5．纳米流体的热导率第三节导热微分方程式图1-10微元体的导热导入与导出微元体的净热量+微元体内热源的发热量=微元体中热力学能的增量(1-18)ⅠⅡⅢ下面分别计算式(1-18)中的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三项。经表面导出的热量为于是，在时间内，沿轴方向导入与导出微元体的净热量为=1\*ROMANI=（1）Ⅰ=（2）在时间内，微元体中内热源的发热量为Ⅱ=（3）在时间内，微元体中热力学能的增量为Ⅲ=（4）（1-19）（1-20）（1-21）（1-22）（1-23）（1-24）（1-25）第四节导热过程的单值性条件单值性条件一般地说有以下四项：一、几何条件二、物理条件三、时间条件 （1-26）四、边界条件 1.第一类边界条件是已知任何时刻物体边界面上的温度值，即（1-27）=；=图1-11无限大平壁的第一类边界条件图1-12肋片的第二、三类边界条件2.第二类边界条件=（1-28）