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電弧焊接增材相關物理基礎理論介紹（四）

發布時間：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和物體溫度所決定，同時也與壓力、密度和存在狀態有一定關系。

內容補充：

（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。它指單位質量的某種物質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地從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體，但不可能自發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，并將這熱量完全變為功，而不產生其他影響。以及熵增表述：孤立系統的熵永不減小。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*質量*溫度。

熱傳導方程推導的假設：體系有內熱源，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生的熱量。

取微元，微元熱量增量=通過邊界流入的量+熱源產生的熱量，Q=Q1+Q2

由熱傳導方程和做功結合起來可以得到能量方程，物體能量包括內能和動能（動能由宏觀速度體現，內能由溫度體現），根據能量守恒，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值分析》

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