燃料电池基础理论动力学热力学研究方法(ppt)

A — 与流体接触的壁面面积 m2
t w — 固体壁表面温度 C
t — 流体温度 C
3 热辐射(Thermal radiation)
(1) 定义：有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象 (2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向
周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形
燃料电池基础理论 动力学热力学研究
方法(ppt)
（优选）燃料电池基础理论动 力学热力学研究方法.
热量传递的三种基本方式
热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流) 和热辐射。
1 导热（热传导）(Conduction)
(1)定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体 间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒 子热运动而进行的热量传递现象
式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均
有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。 (3) 生活中的例子：
a 当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热； b 冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时
要舒服； c 太阳能传递到地面 d 冬天，蔬菜大棚内的空气温度在0℃以上，但地面却可能
(1)定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之 间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处 传递到另一处的现象。
(2) 对流换热：当流体流过一个物体表面时的热量传递 过程，他与单纯的对流不同，具有如下特点：
a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也
必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 (3)对流换热的分类
无相变：强迫对流和自然对流 有相变：沸腾换热和凝结换热
(4) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
Φ h(tA w t )W
qΦ A
h(tw tf ) Wm2
— 热流量[W]，单位时间传递的热量
Convection heat transfer
coefficient
q — 热流密度 Wm2 h — 表面传热系数 W(m 2K)
dS=dQ/T → dQ=T·dS
熵（entropy）
Ｓ＝ｋ×lgΩ 其中，Ω为系统分子的状态数，ｋ为玻尔 兹曼常数。 由熵与热力学几率之间的关系，可以认为： 系统的熵值直接反映了它所处状态的均匀 程度，系统的熵值越小，它所处的状态越 是有序；系统的熵值越大，它所处的状态 越是无序。熵均大于等于零,dS≥0。
W m2
上式称为Fourier定律，号称导
dt
Q
热基本定律，是一个一维稳态
0
x
导热。其中：
图1-2 一维稳态平板内导热
：热流量，单位时间传递的热量[W]；q：热流密度，单
位时间通过单位面积传递的热量；A：垂直于导热方向的
截面积[m2]；：导热系数（热导率）[W/( m K)]。
2 对流（热对流）(Convection)
1、导入与导出微元体的净热量
d 时间内、沿 x 轴方向、经 x 表面导入的热量：
d Q x q xd y d zd [J]
４、边界条件
说明导热体边界上过程进行的特点 反映过程与周围环境相互作用的条件
边界条件一般可分为三类：（Boundary conditions） 第一类、第二类、第三类边界条件
热力学第一定律
热力学第一定律 ：也叫能量不灭原理，就 是能量守恒定律。 dU = dQ-dW 对于机械功：dW =pdV 所以：
dU = dQ- pdV
熵（entropy）
物理学上指热能除以温度所得的商，标志 热量转化为功的程度。科学技术上用来描 述、表征体系混乱度的函数。
热力学中工质的热力状态参数之一。在可 逆微变化过程中，熵的变化等于系统从热 源吸收的热量与热源的热力学温度之比， 可用于度量热量转变为功的程度。
由于在系统经历的热力学过程中，物质的 分子、原子、原子核的结构一般都不发生变化， 即分子的内部能量保持不变。
内能（U）
系统的内能通常是指全部分子的动能 以及分子间相互作用势能之和，前者包括 分子平动、转动、振动的动能，后者是所 有可能的分子对之间相互作用势能的总和。
内能是态函数。真实气体的内能是温 度和体积的函数。理想气体的分子间无相 互作用，其内能只是温度的函数。
结冰。
传热过程和传热系数
1 传热过程的定义：两流体间通过固体壁面进行的换热 2 传热过程包含的传热方式： 导热、对流、热辐射
辐射换热、 对流换热、 热传导
图1－8 墙壁的散热
在导热体中取一微元体
热力学第一定律：
QUW
W 0, Q U
d 时间内微元体中：
[导入与导出净热量] + [内热源发热量] = [热力学能的增加]
(2)物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生
(3)导热的特点：a 必须有温差；b 物体直接接触；c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递 热量；d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体 中。
(4)导热的基本定律：
1822年，法国数学家Fourier: t
dx
ΦAdt W
dx
qΦdt
A dx
（１）第一类边界条件
已知任一瞬间导热体边界上温度值： t s t w
s — 边界面; tw = f (x,y,z) — 边界面上的温度 稳态导热： tw = const 非稳态导热： tw = f ()
（2）第二类边界条件 已知物体边界上热流密度的分布及变化规律：
q s
qwf(r,)
qw
根据傅里叶定律：
qw
(
t n
)n
(
t n
)n
qw
第二类边界条件相当于已知任何时刻物体边界 面法向的温度梯度值
稳态导热： qw const 非稳态导热： qw f ( )
特例：绝热边界面： qw n tw0 n tw0
（3）第三类边界条件 当物体壁面与流体相接触进行对流换热时，已知
任一时刻边界面周围流体的温度和表面传热系数
tf, h
牛顿冷却定律： qw h(twtf )
傅里叶定律： qwtnw
qw
t n w h (tw tf)
导热微分方程式的求解方法
积分法、杜哈美尔法、格林函数法、拉普拉斯 变换法 、分离变量法、积分变换法、数值计算法
导热微分方程＋单值性条件＋求解方法 温度场
内能（U）
广义地说，内能是由系统内部状况决定的 能量。热力学系统由大量分子、原子组成，储存 在系统内部的能量是全部微观粒子各种能量的总 和，即微观粒子的动能、势能、化学能、电离能、 核能等等的总和 。