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有效热导率有效热导率的计算

2022/07/16259 作者:佚名
导读:根据以上分析,有效热导率的计算可分为以下几种情况。 有效热导率热导率为常数的平板 (1)无热源的情形 如图1,为无热源平板,两壁面温度分别为T1与T2,热导率为λ,板内温度分布为: ,通过平板的热流量q处处想等,且为: 。 (2)热源强度为常数q''的情形 此情形下,板内温度分布呈抛物线: ; 通过平板的热流密度在不同处不再相同。 在x=0处, ; 在x=L处, ; 在x=L/2处, ; 当 时,

根据以上分析,有效热导率的计算可分为以下几种情况。

有效热导率热导率为常数的平板

(1)无热源的情形

图1 无内热源平板内温度的分布 如图1,为无热源平板,两壁面温度分别为T1与T2,热导率为λ,板内温度分布为:

,通过平板的热流量q处处想等,且为:

(2)热源强度为常数q''的情形

此情形下,板内温度分布呈抛物线:

通过平板的热流密度在不同处不再相同。

在x=0处,

在x=L处,

图2 含内热源平板内温度的分布 在x=L/2处,

时,板内只有沿单方向的热流。此时计算q0时可采用下式所示的有效热导率λ':

显然,λ'<λ,对应图2中比较平坦的一条虚线。在计算q2时,有效热导率为:

,对应图2中较陡的一条虚线。

有效热导率热导率随温度变化的平板

在实际工程材料中,热导率大都是温度的函数,它随温度而变化的规律不尽相同。作为一阶近似,假如它随温度的变化规律满足下式,其中λ0和a为常数:

(1)温度变化的无热源平板

板内温度分布满足下列导热微分方程:

在已知板的两壁面温度为T1与T2的条件下,板内温度分布如图3所示,其函数形式为:

图3 变物性平板内温度分布 相应的热流密度为

由此计算得到有效热导率λ'为

,λ1和λ2分别为T1和T2条件下的热导率。

该结论也可用于圆筒壁与球壁的计算,只是在圆筒壁与球壁中不用热流密度而用单位长度热流量qt与总热流量Q来代替。

(2)温度变化的有热源平板

对照无热源平板公式,此时板内温度分布满足下列导热微分方程:

在已知板的两壁面温度为T1与T2的条件下,板内温度分布图4所示,其函数形式为:

图4 含内热源变物性平板内温度的分布 板内的热流密度在不同x处是不同的,在x=0,x=L与x=L/2处的q0、qL与qL/2与热导率为常数的有热源平板计算公式相同。

有效热导率双层复合材料平板

(1)热导率分别为常数λ1与λ2的情形

两层板内的热流密度为:

把两层材料视为一种材料,可表示为:

其中λ'为有效热导率:

(2)热导率分别为常数λ101 a1与λ201 a2的情形

图5 变温度双层复合平板内温度分布 由前面分析可知,当a1>0与a2<0时,板内的温度分布曲线如图5所示,板内的热流密度为:

当把双层材料复合平板视为一块平板时,则有:

其中λ1'、λ2'与λ'分别为:

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