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第二节 热传导
热传导是由物质内局部子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现
象。热传导的机理非常复杂,简而言之,非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞
时传递振动能实现的;金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量;在流体特别是
气体中,热传导那么是由于分子不规那么的热运动引起的。
4-2-1 傅里叶定律
一、温度场和等温面
任一瞬间物体或系统内各点温度分布的空间,称为温度场。在同一瞬间,具有一样温
度的各点组成的面称为等温面。因为空间内任一点不可能同时具有一个以上的不同温度,
所以温度不同的等温面不能相交。
二、温度梯度
从任一点开场,沿等温面移动,如图 4-3 所示,因为在等温面上无温度变化,所以无
热量传递;而沿和等温面相交的任何方向移动,都有温度变化,在与等温面垂直的方向上
温度变化率最大。将相邻两等温面之间的温度差
△
t 与两等温面之间的垂直距离
△
n 之比的
极限称为温度梯度,其数学定义式为:
(4-1)
温度梯度 为向量,它的正方向指向温度增加的方向,如图 4-3 所示。
对稳定的一维温度场,温度梯度可表示为:
〔4-2〕
三、傅里叶定律
导热的机理相当复杂,但其宏观规律可用傅里叶定律来描述,其数学表达式为:
或 〔4-3〕
式中 ——温度梯度,是向量,其方向指向温度增加方向,℃/m;
Q——导热速率,W;
S——等温面的面积,m
2
;
λ——比例系数,称为导热系数,W/〔m·℃〕。
式 4-3 中的负号表示热流方向总是和温度梯度的
方向相反,如图 4-3 所示。
傅里叶定律说明:在热传导时,其传热速率与温度
梯度及传热面积成正比。
必须注意,λ 作为导热系数是表示材料导热性能的
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