对于无限大平壁的一维稳态导热,下列陈述中哪一项是错误的? ()
A 、平壁内任何平行于壁面的平面都是等温面
B 、在平壁中任何两个等温面之间温度都是线性变化的
C 、任何位置上的热流密度矢量垂直于等温面
D 、温度梯度的方向与热流密度的方向相反
【正确答案:B】
当平壁的导热系数为常数时,在平壁中任何两个等温面之间的温度都是线性变化的。当平壁的导热系数随着温度变化()时,任何两个等温面之间的温度都是非线性变化的。如图2-2-1所示。
其实这些公式看传热学书上的推导过程就明白了。
如果从公式的物理意义上解释,先解释第二个。无限大平壁的稳态导热,其物理上的表现就是从左到右热流处处相等,因此dQ/dx=0,也就是取一个微元体,它的左右两侧的热流增量为0。而根据傅里叶定律,Q=λ*dt/dx,把这个代到前面那个公式,就可以得到d(λ*dt/dx)/dx=0,注意这时候导热系数实在微分里面的,因此当导热系数为常数自然可以约掉,当导热系数为变量,自然就要留在括号里面。
至于第一个问题,d(λ*dt/dx)/dx是直角坐标系的公式,当推广到圆柱坐标系时要进行进行坐标变换,变换时要乘拉梅系数,因此出来的结果是1/r*d(λ*r*dt/dr)/dr,所以就会出现以上的结果。至于怎么从圆柱坐标系公式给出物理解释,抱歉功力不够,还无法直观的解释出来。
大平壁的一维稳态导热存在2种热传递方式。
这个牵涉到稳态导热和非稳态导热。物体的温度随时间的推移不发生变化的过程为稳态导热,温度随时间发生变化的导热过程是非稳态导热,非稳态导热过程中在热量传递方向上不同位置处的导热量是处处不同的,不同位置间导热量的差别用于该两个位置间的物体内能随时间的变化。
在导热过程中
如果温度不随时间发生变化,则认为是稳态导热,否则为非稳态导热,在稳态导热过程中,对于每一个物质元,流入和流出的热量均相等,所以又叫做热平衡。工程上许多的导热现象,可以归结为温度仅沿一个方向变化,而且与时间无关的的一维稳态导热现象。例如,通过房屋墙壁和长热力管道管壁的导热等。