电弧焊接增材相关物理基础理论介绍（四）

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电弧焊接增材相关物理基础理论介绍（四）

发布时间：2023-08-08 14:39:27 文章来源：哔哩哔哩

1.2.3能量方程（见热力学）1.3热力学1.3.1傅里叶导热定律傅里叶热传导

能量方程（见热力学）

热力学

(资料图片)

傅里叶导热定律

傅里叶热传导定律：热量从高温处向低温处流动，沿某方向流动热量的多少与温度在该方向的减少率成比例。书上总结导热量与传热面积，上下板温度差和导热单位时间成正比，与板厚成反比。

其中q是热流密度矢量，表示单位时间沿单位面积的法向流出的热量，也就是我们常说的热通量，此式乘以导热面积则为导热量形式的傅里叶导热定律。

对于气体，导热是由分子的热运动和相互碰撞完成。

对于液体，主要依靠分子振动传递能量，而大多数液体的热导率随温度升高而逐渐降低，但水和甘油随温度升高而增加。

对于固体，纯金属导热能力最强，靠其内部到的自由电子的振动传热，热导率随温度升高而降低。非金属固体主要是通过晶格的振动所完成。

物体的热导率主要是由物体自身性质和物体温度所决定，同时也与压力、密度和存在状态有一定关系。

内容补充：

（1）比热容（英语：specific heat capacity，符号c），简称比热，分为定压比热容和定容比热容，是热力学中常用的一个物理量，表示物体吸热或散热能力，比热容越大，物体的吸热或散热能力越强。它指单位质量的某种物质升高或下降单位温度所吸收或放出的热量。其国际单位制中的单位是焦耳每千克开尔文[J/(kg·K)]，即令1公斤的物质的温度上升1开尔文所需的能量。

参考文献：

:///SanyHo/article/details/105898383

:///topic/19685369/intro

微分形式的导热方程

热力学第一定律（能量守恒定律）：物体内部热量的增量等于通过边界与外界进行的热交换和物体自身产热之和。热力学第二定律有几种表述方式：克劳修斯表述为热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体；开尔文-普朗克表述为不可能从单一热源吸取热量，并将这热量完全变为功，而不产生其他影响。以及熵增表述：孤立系统的熵永不减小。热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零，或者绝对零度（T=0K）不可达到。

比热容与导热的关系Q=cmt，热量=比热容*质量*温度。

热传导方程推导的假设：体系有内热源，热量可以从外界传递到体系或者从体系传递到外界；不考虑体系因摩擦而产生的热量。

取微元，微元热量增量=通过边界流入的量+热源产生的热量，Q=Q1+Q2

由热传导方程和做功结合起来可以得到能量方程，物体能量包括内能和动能（动能由宏观速度体现，内能由温度体现），根据能量守恒，又等于体积力做功、表面力做功、热交换（热对流和热辐射），一般情况下将热辐射并入能量源项中。推导过程除书上之外，搜集整理了其他推导过程加以理解，分为拉格朗日法和欧拉法两种推导方式。

（1）拉格朗日法

（2）欧拉法

参考：

1. /UploadFiles/AttachFiles/

2. /p/139284810

3. /p/366681164

4. 樊丁，黄健康《弧焊物理过程建模与数值分析》

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