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電弧焊接增材相關物理基礎理論介紹（四）

發(fā)布時間：2023-08-08 14:39:27 文章來源：嗶哩嗶哩

1.2.3能量方程（見熱力學）1.3熱力學1.3.1傅里葉導熱定律傅里葉熱傳導

能量方程（見熱力學）

熱力學

(資料圖片)

傅里葉導熱定律

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

其中q是熱流密度矢量，表示單位時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，此式乘以導熱面積則為導熱量形式的傅里葉導熱定律。

對于氣體，導熱是由分子的熱運動和相互碰撞完成。

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

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

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

內(nèi)容補充：

（1）比熱容（英語：specific heat capacity，符號c），簡稱比熱，分為定壓比熱容和定容比熱容，是熱力學中常用的一個物理量，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。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：

:///SanyHo/article/details/105898383

:///topic/19685369/intro

微分形式的導熱方程

熱力學第一定律（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行的熱交換和物體自身產(chǎn)熱之和。熱力學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。熱力學第三定律通常表述為絕對零度時，所有純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零，或者絕對零度（T=0K）不可達到。

比熱容與導熱的關系Q=cmt，熱量=比熱容*質(zhì)量*溫度。

熱傳導方程推導的假設：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)能和動能（動能由宏觀速度體現(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（熱對流和熱輻射），一般情況下將熱輻射并入能量源項中。推導過程除書上之外，搜集整理了其他推導過程加以理解，分為拉格朗日法和歐拉法兩種推導方式。

（1）拉格朗日法

（2）歐拉法

參考：

1.?/UploadFiles/AttachFiles/

2. /p/139284810

3.?/p/366681164

4. 樊丁，黃健康《弧焊物理過程建模與數(shù)值分析》

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