電弧焊接增材相關(guān)物理基礎(chǔ)理論介紹（四）

2023-08-08 14:39 作者:焊接增材數(shù)值模擬 0人讀過 | 我要投稿

1.2.3 能量方程（見熱力學(xué)）

1.3 熱力學(xué)

1.3.1 傅里葉導(dǎo)熱定律

傅里葉熱傳導(dǎo)定律：熱量從高溫處向低溫處流動(dòng)，沿某方向流動(dòng)熱量的多少與溫度在該方向的減少率成比例。書上總結(jié)導(dǎo)熱量與傳熱面積，上下板溫度差和導(dǎo)熱單位時(shí)間成正比，與板厚成反比。

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其中q是熱流密度矢量，表示單位時(shí)間沿單位面積的法向流出的熱量，也就是我們常說的熱通量，此式乘以導(dǎo)熱面積則為導(dǎo)熱量形式的傅里葉導(dǎo)熱定律。

對(duì)于氣體，導(dǎo)熱是由分子的熱運(yùn)動(dòng)和相互碰撞完成。

對(duì)于液體，主要依靠分子振動(dòng)傳遞能量，而大多數(shù)液體的熱導(dǎo)率隨溫度升高而逐漸降低，但水和甘油隨溫度升高而增加。

對(duì)于固體，純金屬導(dǎo)熱能力最強(qiáng)，靠其內(nèi)部到的自由電子的振動(dòng)傳熱，熱導(dǎo)率隨溫度升高而降低。非金屬固體主要是通過晶格的振動(dòng)所完成。

物體的熱導(dǎo)率主要是由物體自身性質(zhì)和物體溫度所決定，同時(shí)也與壓力、密度和存在狀態(tài)有一定關(guān)系。

內(nèi)容補(bǔ)充：

（1）比熱容（英語：specific heat capacity，符號(hào)c），簡(jiǎn)稱比熱，分為定壓比熱容和定容比熱容，是熱力學(xué)中常用的一個(gè)物理量，表示物體吸熱或散熱能力，比熱容越大，物體的吸熱或散熱能力越強(qiáng)。它指單位質(zhì)量的某種物質(zhì)升高或下降單位溫度所吸收或放出的熱量。其國際單位制中的單位是焦耳每千克開爾文[J/(kg·K)]，即令1公斤的物質(zhì)的溫度上升1開爾文所需的能量。

參考文獻(xiàn)：

1.https://blog.csdn.net/SanyHo/article/details/105898383

2.https://www.zhihu.com/topic/19685369/intro

1.3.2微分形式的導(dǎo)熱方程

熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）：物體內(nèi)部熱量的增量等于通過邊界與外界進(jìn)行的熱交換和物體自身產(chǎn)熱之和。熱力學(xué)第二定律有幾種表述方式：克勞修斯表述為熱量可以自發(fā)地從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體，但不可能自發(fā)地從溫度低的物體傳遞到溫度高的物體；開爾文-普朗克表述為不可能從單一熱源吸取熱量，并將這熱量完全變?yōu)楣?，而不產(chǎn)生其他影響。以及熵增表述：孤立系統(tǒng)的熵永不減小。熱力學(xué)第三定律通常表述為絕對(duì)零度時(shí)，所有純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零，或者絕對(duì)零度（T=0K）不可達(dá)到。

比熱容與導(dǎo)熱的關(guān)系Q=cmt，熱量=比熱容*質(zhì)量*溫度。

熱傳導(dǎo)方程推導(dǎo)的假設(shè)：體系有內(nèi)熱源，熱量可以從外界傳遞到體系或者從體系傳遞到外界；不考慮體系因摩擦而產(chǎn)生的熱量。

取微元，微元熱量增量=通過邊界流入的量+熱源產(chǎn)生的熱量，Q=Q1+Q2

由熱傳導(dǎo)方程和做功結(jié)合起來可以得到能量方程，物體能量包括內(nèi)能和動(dòng)能（動(dòng)能由宏觀速度體現(xiàn)，內(nèi)能由溫度體現(xiàn)），根據(jù)能量守恒，又等于體積力做功、表面力做功、熱交換（熱對(duì)流和熱輻射），一般情況下將熱輻射并入能量源項(xiàng)中。推導(dǎo)過程除書上之外，搜集整理了其他推導(dǎo)過程加以理解，分為拉格朗日法和歐拉法兩種推導(dǎo)方式。

（1）拉格朗日法