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热传导机理与解析的区别(热传导机理与解析实验报告)

在生活中,很多人可能想了解和弄清楚热传导机理与解析的相关问题?那么关于热传导机理与解析的区别的答案我来给大家详细解答下。

热传导机理与解析的区别(热传导机理与解析实验报告)

在原子尺度上,热能实际上是构成物体的原子或分子的随机运动,温度越高,运动越剧烈。

粒子热运动

接近绝对零度(-273.15℃)时,粒子几乎没有任何运动。

热传导:材料原子通过键连接,形成晶格结构,原子振动穿过晶格,产生热能,从高能量区域传递到低能量区域。原子键的键能越大,晶格结构越规则,能量越容易在原子间传递。

在金属材料中,原子碰撞,自由电子会重新分配能量,基于自由电子运动和原子晶格振动的综合效应,金属成为优良的热导体。

自由电子和原子运动

在气体和液体中,热传导主要通过原子或分子的碰撞发生,热传导能力相对较弱。

表示热传导能力大小的参量为传热率(功率):每秒流过物体特定区域的能量,用q表示,单位为焦耳/秒(J/s)或瓦特(w)。

举例说明:一个面积为A,厚度为L的墙,内侧为热室,外侧为冷室。

一维模型

假设房间内的墙面温度为T1,墙外表面的温度为T2。

使用傅里叶定律计算热传热率q。

K——热导率,单位为w/(m·K)。注:热导率不同于传热率(功率);

A——墙壁面积;

热量从高温传向低温,dT/dx为负值,得到q为正值。

加上边界条件

假设温度降低是均匀的,则厚度5cm,面积为2平方米的实心钢墙,热损失约为36kw。

热传导能力大小:固体>液体>气体,气体和液体的热导率小,因为分子间距大,热能不容易传输。纯金属的热传导能力强于合金。

热导率大小

钻石不是金属,但是具有非常高的热导率,因为钻石的晶格非常规则,原子键能强大,晶格振动能非常有效地传播热能。

钻石

气凝胶热导率极低。

气凝胶隔热

材料热导率会随着温度的变化而改变,但是在一些情况下可以当做定值来处理。

常温下,几种材料的热导率对比

对于二维或三维模型,热量是沿着二维等温线或等温面流动。

需要一组特定的边界和初始条件来求解下述偏微分方程,来确定温度场。

描述热量如何通过物体

左边项表示流入的能量,右边项表示流出的能量。当流入大于流出,温度会升高。

热量平衡

左侧缩写为拉普拉斯算子。

ρ——材料密度;

k——导热系数;

Cp——比热容(数值上等于单位质量的物体,温度升高1k需要吸收的能量)。

k/ρ·Cp——材料的导热能力与其储热能力的比,用α表示,称为热扩散率。

但在某些情况下,材料本身就是热源,如电缆通电会产生焦耳热。

加上内部产热。

如果是研究稳态,温度不随时间变化,则

稳态平衡方程

一维稳态,二阶偏微分方程求解。

带入边界条件

温馨提示:通过以上关于热传导机理与解析内容介绍后,相信大家有新的了解,更希望可以对你有所帮助。