首頁 > 熱傳導(dǎo)

熱傳導(dǎo)

時(shí)間 : 2022年8月17日分類 :工程百科

[拼音]：rechuandao

[外文]：heat conduction

熱量從物體中溫度較高的部位傳遞給相鄰的溫度較低的部位，或者從溫度較高的物體傳遞給與之接觸的溫度較低的另一個(gè)物體的過程，也稱導(dǎo)熱。在熱傳導(dǎo)過程中，不考慮物體各部分的相對(duì)位移。熱傳導(dǎo)是熱量傳遞的3種基本方式之一，是傳熱學(xué)的重要組成部分。

在物體溫度不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)定情況下，通過平板的熱傳導(dǎo)（見圖）規(guī)律可表示為

式中A為平板側(cè)面面積；L為平板厚度；T₁和T₂為平板兩側(cè)面上的溫度；Q為時(shí)間 t內(nèi)通過平板的熱量；k為平板材料的熱導(dǎo)率，也稱導(dǎo)熱系數(shù)，它表征材料傳導(dǎo)熱量的能力。常被稱為平板的熱阻。熱傳導(dǎo)規(guī)律最早是由法國(guó)物理學(xué)家J.B.畢奧于1804年提出的。第一個(gè)應(yīng)用這個(gè)規(guī)律的是法國(guó)數(shù)學(xué)家J.B.傅里葉，因此常稱之為傅里葉定律。傅里葉定律的表示式為

q＝-k?gradT式中 gradT為溫度梯度（沿溫度增長(zhǎng)最快的方向，單位距離上的溫度變化量）：q 為熱流密度（單位時(shí)間內(nèi)流過單位面積的熱量）；公式中的負(fù)號(hào)表示熱量總是流向溫度低的方向。

表內(nèi)列出一些典型材料在常溫時(shí)的熱導(dǎo)率。一般說，固體材料的熱導(dǎo)率比液體的大，而氣體的熱導(dǎo)率最小。在固體中，金屬材料尤其是純金屬材料的熱導(dǎo)率較大，而非金屬材料較小。熱絕緣材料大都是非金屬材料。各種材料的熱導(dǎo)率大多隨溫度而變化。石英、石墨、木材等各向異性材料的導(dǎo)熱率還與材料取向有關(guān)。各種材料的熱導(dǎo)率都可由專門的實(shí)驗(yàn)裝置──熱導(dǎo)率測(cè)定儀測(cè)量得到。

物體內(nèi)各處溫度隨時(shí)間變化的熱傳導(dǎo)過程稱為不穩(wěn)定熱傳導(dǎo)。機(jī)械工業(yè)中，諸如機(jī)器啟動(dòng)和停止過程，焊接、鑄造等加工過程都涉及不穩(wěn)定熱傳導(dǎo)。當(dāng)熱導(dǎo)率k、比熱容c和密度為常數(shù)，且內(nèi)部沒有熱源時(shí)，不穩(wěn)定熱傳導(dǎo)過程符合傅里葉導(dǎo)熱微分方程

式中x、y、z為坐標(biāo);t為時(shí)間;記作α，稱為熱擴(kuò)散率或?qū)叵禂?shù)。T(x、y、z、t)在某種定解條件下可以求解。

如果物體內(nèi)部含有熱源（如電流產(chǎn)生的焦耳熱，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱），則上述方程改寫為

式中q″表示物體內(nèi)部某處單位時(shí)間、單位體積所釋放(或吸收)的熱量。當(dāng)物體處于穩(wěn)定的熱傳導(dǎo)過程時(shí)，等式右邊為零。

求解各類熱傳導(dǎo)問題存在著不同的方法，大致可分為精確解法、近似分析解法、數(shù)值解法、圖解法和各種熱模擬及實(shí)驗(yàn)方法。精確解法中有經(jīng)典的分離變量法、拉普拉斯變換法和積分變換法等。近似分析解法中有積分法和建立在變分原理基礎(chǔ)上的里茲法等。數(shù)值解法中最常見的是有限差分法和有限元法。圖解法是早期的一種數(shù)值解法，已很少采用。

參考書目