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wwwanghao

新虫 (初入文坛)

[交流] 热传导第二类边界条件(傅里叶定理) 已有3人参与

当物体内的温度分布只依赖于一个空间坐标,而且温度分布不随时间而变时,热量只沿温度降低的一个方向传递,这称为一维定态热传导。此时的热传导可用下式描述:
                       q=-k(dT/dx)
式中q为是热流密度,即在与传输方向相垂直的单位面积上,在x方向上的传热速率;T为温度;x为热传递方向的坐标;k为热导率。此式表明q正比于温度梯度dT/dx,但热流方向与温度梯度方向相反。

我一直对表达式中什么时候有负号,什么时候不加负号很是迷惑。现举例说明,一维坐标,左端为坐标原点
1.在原点处,有外加的输入热流密度q,,即q的方向是x轴正向,套用公式 q=-k(dT/dx),然后考虑原点附近两个点的温度T1,T2(T2坐标大于T1坐标),则公式变为
                      q=-k*(T2-T1)/dx,由于热量是流入所里T2<T1,也就是说q应该是一个大于0的数,也即热量是流入,这与前面吻合。
2在x=10处,有外加的输入热流密度q,,即q的方向是x轴负向,套用公式 q=-k(dT/dx),然后考虑x=1附近两个点的温度T1,T2(T2坐标大于T1坐标),则公式变为
                      q=-k*(T2-T1)/dx,由于热量是流入所里T2>T1,也就是说q应该是一个小于0的数,小于0是否代表热量是流出,这与前面有差别。
所以这就是让我很迷惑的地方,当进行数值求解时,k*(T2-T1)/dx=q,那么什么时候q为正值,什么时候为负值
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chengr39

铁虫 (小有名气)

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天也潇潇: 金币+1, 鼓励交流 2013-11-29 10:34:14
q=-k*(T2-T1)/dx,由于热量是流入所里T2>T1,也就是说q应该是一个小于0的数,小于0是否代表热量是流出,这与前面有差别。
首先、温度梯度是指向温度升高的方向。而热流密度的正负就是揭示热流流动的方向、即由高温端流向低温段,这个在具体问题的分析当中应该很好判断。此外、传热学数值分析就是为了求解物体的温度场对吧,求出来的 都是一些离散的温度场,得到数值后自然就知道物体内部温度分布、那么热流密度的方向不就知道了、而热流密度正负只是你在设T1、T2温度无法判断谁大谁小时得到的结果、不必纠结这呀。温度场求解完成就可以直接计算热流量了。
未来在自己手上。
2楼2013-11-28 16:42:37
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fengrong12

新虫 (小有名气)


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由于热量是流入,所以T2>T1——谬论!
3楼2013-11-28 17:16:49
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wwwanghao

新虫 (初入文坛)

引用回帖:
3楼: Originally posted by fengrong12 at 2013-11-28 17:16:49
由于热量是流入,所以T2>T1——谬论!

热流密度是加在靠近T2的那一端,而且是流入,热流密度的方向从高温物体指向低温物体,T2自然大于T1,这为什么会是谬论?
4楼2013-11-28 17:40:04
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wwwanghao

新虫 (初入文坛)

引用回帖:
2楼: Originally posted by chengr39 at 2013-11-28 16:42:37
q=-k*(T2-T1)/dx,由于热量是流入所里T2>T1,也就是说q应该是一个小于0的数,小于0是否代表热量是流出,这与前面有差别。
首先、温度梯度是指向温度升高的方向。而热流密度的正负就是揭示热流流动的方向、即由高温 ...

谢谢你的耐心回答。温度场分布求出来之后是可以判断热流密度的方向,但是当进行温度场数值求解,写第二类边界条件的时候,往往不知道方程
  -k*(T2-T1)/dx=(+/-)q,q前面该加正号还是负号,是不是凡是热量是流入的就是正号,流出的就是负号,可是又该怎么解释我上面的疑问呢?上面都是热量是流入的,但是就得出了相矛盾的结论,我到底错在哪里?自己都搞糊涂了。
5楼2013-11-28 22:13:53
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ztdep

铁虫 (小有名气)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
引用回帖:
5楼: Originally posted by wwwanghao at 2013-11-28 22:13:53
谢谢你的耐心回答。温度场分布求出来之后是可以判断热流密度的方向,但是当进行温度场数值求解,写第二类边界条件的时候,往往不知道方程
  -k*(T2-T1)/dx=(+/-)q,q前面该加正号还是负号,是不是凡是热量是流入 ...

让我这个讲传热学的老师回答你:
   
   首先规定正向,比如从左到右沿着x正轴为正。
然后根据傅里叶定律有:
-K*dt/dx=q。
因为q是矢量,所以要根据它的方向来写,正负根据我们规定的x轴正向来写。

如果你按照汇入汇出来规定正负,那么你就要将傅里叶定律写成 -kdt/dn
n 是外法线方向

[ Last edited by ztdep on 2013-12-5 at 10:32 ]
www.flowingheat.cn
6楼2013-12-05 10:28:47
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fengrong12

新虫 (小有名气)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
引用回帖:
4楼: Originally posted by wwwanghao at 2013-11-28 17:40:04
热流密度是加在靠近T2的那一端,而且是流入,热流密度的方向从高温物体指向低温物体,T2自然大于T1,这为什么会是谬论?...

抱歉,那天晚上看错了,不好意思!见谅~~~
7楼2013-12-06 19:30:32
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