第七讲热传导反问题

第十八章热传导反问题

第18章：热传导反问题 本章导读 Deform-3d中的Inverse heat transfer wizard模块的目的是获得工件热传导区域的热传导系数函数。具体方法是一个被热电偶处理过的工件进行淬火处理或其他热处理，在热处理中把热电偶处理过的位置对应的时间-温度数据收集起来做成数据文件。基于初始猜测的热传导系数，DEFORM-3D将会运行一个淬火处理或其他热处理的仿真。最后DEFORM-3D最优化程序将会对比仿真出来的时间-温度数据与实验得到的时间温度数据，并且进行最优化运算直到达到一个最优值。 预备知识 热传导反问题是反问题中的重要一类，即通过给出物体表面热流以及对物体部的一点或多点的温度观测值，反过来推倒物体的初始状态、流动状态、边界条件、部热源和传热系数等。由于在实际工程中，材料的热传导特性以及边界条件、部热源位置等往往是不知道的，他们很难测量得到甚至根本无法直接测量得到，从而以物体表面热流、部分部点的温度测量值等温度信息为基础，借助一些反演分析方法进行辨识是解决这类问题的有效方法。在反问题中，将反演参数作为优化变量，测点温度计算值与测量值之间的残差作为优化目标函数，通过极小化目标函数进行仿真。 热传导反问题（inverseheatconductionproblem, IHCP）是基础传热学研究的热点之一，在宇宙航天、原子能技术、机械工程以及冶金等与传热测量有关的工程领域中已获得了广泛的应用研究。下面我们就热传导反问题在某些领域的应用做一简要概述： 1.无损探伤领域：对蒸汽管道、钢包等圆筒体进行疲劳分析时，需要知道壁的温度等边界条件，但是壁温度往往很难直接测得，而外壁温度可以直接测得，为此，人们可以通过外壁温度分布信息来反演壁温度的分布的情况，进而得到壁的几何形状，实现无损探伤的目的。 2.宇宙航天领域：在引导航天器返回地面过程中，由于气动加热作用，航天器表面热流密度极高，甚至可能会影响到航天器的安全，但是其准确值无法直接测量，可以通过测量航天器壁的某些温度信息来推算外壁的热流。(热流量是一定面积的物体两侧存在温差时，单位时间由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量。) 3.生物医学领域：由于人体生理过程发生局部破坏时会伴有身体组织热状态的某些改变，因此在医学上可以利用人体表面温度场的变化特征作为病情的依据，对人体生理过程发生破坏情况进行分析。 4.冶金领域：在高炉炼钢过程中，由于钢水的高温作用，会不断复试炼钢炉壁，当炼钢炉壁腐蚀到一定程度时，就需要马上更换，如果更换不及时，可能会导致严重的安全生产事故，但是如果盲目的停产来检查，也会带来很大的成本支出，为此，希望通过测量外面的温度来反推炉壁的厚度，以保证安全生产及最低的成本支出。 5.原子能技术领域：在核反应堆冷却装置中，由于链式反应产生了大量热能，需要用

一维非稳态热传导热源反问题研究

一维非稳态热传导热源反问题研究 摘要 本文是关于热传导的正反问题的研究，即利用偏微分方程中典型热传导方程 t时刻温度分布与热源位置。 求解含有内热源的金属细杆 本文从解偏微分方程出发，由已知条件最终得出温度分布函数及热源位置函数并建立了两个数学模型。 模型一：利用偏微分方程及初始温度分布函数建立了一段时间后的温度分布与热源强度、位置之间的数学模型，最终解出一段时间后长杆上的温度分布。 模型二：通过一类抛物型偏微分方程模型，解决已知初始温度分布函数、一段时候后的温度分布函数及热源强度的确定热源位置和中间任意时刻的温度分布函数。 u x t,即t时刻的温度根据模型一建立偏微分方程组，用分离变量法求解(,) 分布函数，并通过Matlab中的PDE(偏微分方程)工具箱求解偏微分方程组，且使解可视化。 u x T,结合抛物型方程，运用根据模型二依然建立偏微分方程组，通过测得(,) 离散正则法，确定热源位置，并通过论证说明问题的唯一性和确定性，给出反问题的数值解法。最后再简单介绍差分法解决热传导在非稳态导热问题中的应用。 最后是结论部分，主要总结本文的结果并提出一些尚待进一步研究的问题，以及研究该反问题的应用前景。 相同t不同x的温度变化曲线相同x不同t的温度变化曲线

一维非稳态热传导热源反问题研究 一、问题的提出 在金属细秆的传热过程中，温度差是导致其发生必要条件，有无热源决定传导效率的高低。从一维非稳态传导问题的数学模型和初始条件出发，经过对有内热源问题的进一步分析，在初始温度分布已知的情况下，对分布函数的处理显得很关键。对热源反问题的处理中，我们的问题是如何寻找某种合理的附件条件，通过已知方程来解决方程右端的热源的具体位置并使其具有唯一性。本文利用微分方程并建立了满足温度分布的数学物理模型，从理论上导出了温度分布函数和热源位置的求解，并借助计算机软件画出了温度分布图。 二、问题的分析 对于热传导问题，为了使函数解决起来更容易，对于细秆的初始温度分布() g x我们可以设它在区间[0,L]连续，那么() g x可以展成正弦或余弦级数，对于有内热源的处理，由于细秆边界条件是齐次的，我们采用叠加原理把一根金属细秆的导热问题分解为有热源的具有其次边界条件的稳态导热问题和一个非稳态 其次问题，则原问题的解为 (,)1(,)2() u x t u x t u x =+。 对于源反问题的解决有如下3个问题: 1、反问题的唯一性:附加条件给得是否合理，也就是说，这个附加条件是否可以唯一确定热源的具体位置。 2、反问题的稳定性:反演所得到的热源的具体位置，该热源是否是连续地依赖于测量数据() h t? 3、反问题的数值解法:如何用可行的数值方法反演该热源的具体位置。用离散正则法将温度分布离散化，由已知初始温度分布再利用计算机软件得出热源位置 三、模型假设 1、金属细杆边界与外界无热量交换，即与外界绝缘

第十八章 热传导反问题

第18章:热传导反问题 本章导读 Deform3d中得Inverse heat transfer wizard模块得目得就是获得工件热传导区域得热传导系数函数。具体方法就是一个被热电偶处理过得工件进行淬火处理或其她热处理,在热处理中把热电偶处理过得位置对应得时间温度数据收集起来做成数据文件。基于初始猜测得热传导系数,DEFORM3D将会运行一个淬火处理或其她热处理得仿真。最后DEFORM3D最优化程序将会对比仿真出来得时间温度数据与实验得到得时间温度数据,并且进行最优化运算直到达到一个最优值。 预备知识 热传导反问题就是反问题中得重要一类,即通过给出物体表面热流以及对物体内部得一点或多点得温度观测值,反过来推倒物体得初始状态、流动状态、边界条件、内部热源与传热系数等。由于在实际工程中,材料得热传导特性以及边界条件、内部热源位置等往往就是不知道得,她们很难测量得到甚至根本无法直接测量得到,从而以物体表面热流、部分内部点得温度测量值等温度信息为基础,借助一些反演分析方法进行辨识就是解决这类问题得有效方法。在反问题中,将反演参数作为优化变量,测点温度计算值与测量值之间得残差作为优化目标函数,通过极小化目标函数进行仿真。 热传导反问题(inverseheatconductionproblem, IHCP)就是基础传热学研究得热点之一,在宇宙航天、原子能技术、机械工程以及冶金等与传热测量有关得工程领域中已获得了广泛得应用研究。下面我们就热传导反问题在某些领域得应用做一简要概述: 1、无损探伤领域:对蒸汽管道、钢包等圆筒体进行疲劳分析时,需要知道内壁得温度等边界条件,但就是内壁温度往往很难直接测得,而外壁温度可以直接测得,为此,人们可以通过外壁温度分布信息来反演内壁温度得分布得情况,进而得到内壁得几何形状,实现无损探伤得目得。 2、宇宙航天领域:在引导航天器返回地面过程中,由于气动加热作用,航天器表面热流密度极高,甚至可能会影响到航天器得安全,但就是其准确值无法直接测量,可以通过测量航天器内壁得某些温度信息来推算外壁得热流。(热流量就是一定面积得物体两侧存在温差时,单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递得热量。) 3、生物医学领域:由于人体生理过程发生局部破坏时会伴有身体组织热状态得某些改变,因此在医学上可以利用人体表面温度场得变化特征作为病情得依据,对人体生理过程发生破坏情况进行分析。 4、冶金领域:在高炉炼钢过程中,由于钢水得高温作用,会不断复试炼钢炉内壁,当炼钢炉内壁腐蚀到一定程度时,就需要马上更换,如果更换不及时,可能会导致严重得安全生产事故,但就是如果盲目得停产来检查,也会带来很大得成本支出,为此,希望通过测量外面得温度来反推炉壁得厚度,以保证安全生产及最低得成本支出。 5、原子能技术领域:在核反应堆冷却装置中,由于链式反应产生了大量热能,需要用循

热传导方程

前言 本文只是针对小白而写，可以使新手对热传导理论由很浅到不浅的认识，如想更深学习热传导知识，请转其它文档。 一、概念与常量 1、温度场： 指某一时刻下，物体内各点的温度分布状态。 在直角坐标系中：； 在柱坐标系中：； 在球坐标系中：。 补充：根据温度场表达式，可分析出导热过程是几维、稳态或非稳态的现象，温度场是几维的、稳态的或非稳态的。 2、等温面与等温线： 三维物体内同一时刻所有温度相同的点的集合称为等温面； 一个平面与三维物体等温面相交所得的的曲线线条即为平面温度场中的等温线。 3、温度梯度： 在具有连续温度场的物体内，过任意一点P温度变化率最大的方向位于等温线的法线方向上。称过点P的最大温度变化率为温度梯度(temperature gradient)。用grad t表示。 定义为： 补充：温度梯度表明了温度在空间上的最大变化率及其方向，是向量，其正向与热流方向恰好相反。对于连续可导的温度场同样存在连续的温度梯度场。

在直角坐标系中： 3、导热系数 定义式：单位 导热系数在数值上等于单位温度降度(即1)下，在垂直于热流密度的单位面积上所传导的热流量。导热系数是表征物质导热能力强弱的一个物性参数。 补充：由物质的种类、性质、温度、压力、密度以及湿度影响。 二、热量传递的三种基本方式 热量传递共有三种基本方式：热传导；热对流；热辐射 三、导热微分方程式（统一形式：） 直角坐标系： 圆柱坐标系： 球坐标系： 其中，称为热扩散系数，单位，为物质密度，为物体比热容，为物体导热系数，为热源的发热率密度，为物体与外界的对流交换系数。 补充： 1处研究的对象为各向同性的、连续的、有内热源、物性参数已知的导热物体。 2稳态温度场，即则有：，此式称为泊松方程。 3无内热源的稳态温度场，则有：，此式称为拉普拉斯方程。 四、单值条件 导热问题的单值条件通常包括以下四项： 1几何条件：表示导热物体的几何形状与大小（一维、二维或三维）

热传导问题的一些研究

热传导问题的一些研究 吴越 PB06001060 摘 要：对于导热系数随温度变化的非线性热传导问题，采用基尔霍夫 变换方法进行线性化 处理求解。 关键词：非线性，基尔霍夫变换，热传导。 0 引言 在研究分析热传导问题时，通常对物性参数作线性化的假定，因为线性化的假定，可卓有成效地利用数学线性理论中的迭加原理。但是，在工程应用中所遇到的大量实际问题，从根本上来讲都是非线性的。例如，当温度变化很大，或输运性质随温度的变化剧烈时，要正确描述热传导问题，必须考虑输运系数随温度的变化，则热传导微分方程就为非线性的；又如高温下的传热过程，在边界上必然要有服从四次方规则的热辐射因素参与，从而边界条件为非线性的。此时采用基尔霍夫变换方法，来处理热传导中的导热系数随温度变化的非线性问题。 1 基本概念和方程 当物体的导热系数随温度变化时，借助于基尔霍夫变换，改变因变量，可使导热系数k(T) 式中，假定 C p , ρ，k 随温度而变化，而热源项g(r,t)不随温度变化。按照基尔霍夫变换定义一个新的因变量U 如下： 式中T 0是参考温度， k 0是温度为T 0时的k(T) 值。方程式可重新写成：

代入得 式中α=α(T) 是温度的函数。由于 α是温度的函数，式子仍是非线性的。但是，在分析求解时，从形式上来看，它比原式要容易求解得多。如果α （T) 随温度变化甚小，则可假定α为常数，方程可近似看成为 线性方程。 对于稳态问题，由于式(1.5)的左边不存在了，借助于基尔霍夫变 换，非线性热传导微分 方程可转化为线性方程。下面我们介绍对三类边界条件如何进行基尔霍夫变换。 第一类边界条件：令边界上的温度是给定的，并为 根据基尔霍夫变换式(1.2)，这个边界条件经过变换后仍是第一类边界 条件。为便于说明，视k( T) 与温度的关系为： 9) 则 且边界条件变换后为 第二类边界条件：第二类边界条件为如下形式： 根据基尔霍夫变换式，这个边界条件经过变换后为第二类线性边界条件，因为，

第八章 热传导和扩散问题的傅里叶解

第八章 热传导方程的傅里叶解 第一节 热传导方程和扩散方程的建立 8.1.1 热传导方程的建立 推导热传导方程和前面弦振动所用的数学方法完全相用，不同之处在于具体的物理规律不同。这里用到的是热学方面的两个基本规律，即能量守恒和热传导的傅里叶实验定律。 热传导的傅里叶实验定律：设有一块连续的介质，选定一定的坐标系，并用(,,,)u x y z t 表示介质内空间坐标为的一点在t 时刻的温度。若沿x 方向有一定的温度差，在x 方向也就一定有热量的传递。从宏观上看，单位时间内通过垂直x 方向的单位面积的热量q 与温度的沿x 方向的空间变化率成正比，即 x u q k x ?=-? （8-1.1） q 称为热流密度，k 称为导热系数。公式中的负号表示热流的方向和温度变化的方向正好相 反，即热量由高温流向低温。 研究三维各向同性介质中的热传导，在介质中三个方向上存在温度差，则有 x u q k x ?=-?，y u q k y ?=-?，z u q k z ?=-? 或 q k u =-?r 即热流密度矢量q r 与温度梯度u ?成正比。 下面以一维均匀细杆为例，根据傅里叶实验定律和能量守恒定律推导介质中的热传导方程。 第一步，定变量。研究介质x 位置处在t 时刻的温度(,)u x t 。 第二步，取局部。在介质内部隔离出从x 到x x +?一段微元长度，在t 到t t +?时间内温度的变化(,)(,)u u x t t u x t ?=+?-。 第三步，立假设。假设均匀介质的横截面积为A ，质量密度为ρ，比热为c ，热传导系数为k 。

第四步，找规律。隔离出来的微元长度在t 到t t +?时间内吸收的热量为： Q c m u c A x u ρ=????=???? （8-1.2） 在t 到t t +?时间内，同过x 位置处的横截面的热量为： 1x x x Q q A t k u A t =???=-?? （8-1.3） 在t 到t t +?时间内，同过x x +?位置处的横截面的热量为： 2x x x x x Q q A t k u A t +?+?=???=-?? （8-1.4） 如果在微元段内有其他的热源，假设在单位时间单位体积内产生的热量为(,)F x t ，则该热源在微元内产生的热量为： (,)3Q F x t t A x =???? （8-1.5） 第五步，列方程。根据能量守恒定律，净流入的热量应该等于介质在此时间内温度升高所需要的热量。 123Q Q Q Q =-+ 即 (,)x x x x x c A x u k u A t k u A t F x t t A x ρ+?????=-??+??+???? (,)x x x x x u u u c k F x t t x ρ+?-??? =+?? 得到： (,)t xx k F x t u u c c ρρ = + 令 a = (,)(,)F x t f x t c ρ= 则得到热传导方程为 (,)2t xx u a u f x t =+ （8-1.6） 当介质内部无其他热源时，热传导方程是齐次的，为 2t xx u a u = （8-1.7） 8.1.2 扩散方程的建立

热传导方程抛物型偏微分方程和基本知识

1. 热传导的基本概念 1.1温度场 一物体或系统内部，只要各点存在温度差，热就可以从高温点向低温点传导， 即产生热流。因此物体或系统内的温度分布情况决定着由热传导方式引起的传热速率（导热速率）。 温度场：在任一瞬间，物体或系统内各点的温度分布总和。 因此，温度场内任一点的温度为该点位置和时间的函数。 〖说明〗 若温度场内各点的温度随时间变化，此温度场为非稳态温度场，对应于非稳 态的导热状态。 若温度场内各点的温度不随时间变化，此温度场为稳态温度场，对应于稳态 的导热状态。 若物体内的温度仅沿一个坐标方向发生变化，且不随时间变化，此温度场为 一维稳态温度场。 1.2 等温面 在同一时刻，具有相同温度的各点组成的面称为等温面。因为在空间同一点不可能同时有两个不同的温度，所以温度不同的等温面不会相交。 1.3 温度梯度 从任一点起沿等温面移动，温度无变化，故无热量传递；而沿和等温面相交 的任一方向移动，温度发生变化，即有热量传递。温度随距离的变化程度沿法向最大。 温度梯度：相邻两等温面间温差△t与其距离△n之比的极限。 〖说明〗 温度梯度为向量，其正方向为温度增加的方向，与传热方向相反。 稳定的一维温度场，温度梯度可表示为：grad t = dt/dx

2. 热传导的基本定律——傅立叶定律 物体或系统内导热速率的产生，是由于存在温度梯度的结果，且热流方向和 温度降低的方向一致，即与负的温度梯度方向一致，后者称为温度降度。 傅立叶定律是用以确定在物体各点存在温度差时，因热传导而产生的导热速率大小的定律。 定义：通过等温面导热速率，与其等温面的面积及温度梯度成正比： q = dQ/ds = -λ·dT/dX 式中：q 是热通量（热流密度），W/m2 dQ是导热速率，W dS是等温表面的面积，m2 λ是比例系数，称为导热系数，W/m·℃ dT / dX 为垂直与等温面方向的温度梯度 “－”表示热流方向与温度梯度方向相反 3. 导热系数 将傅立叶定律整理，得导热系数定义式： λ= q/(dT/dX) 物理意义：导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量。因此，导热系 数表征物体导热能力的大小，是物质的物性常数之一。其大小取决于物质的组成结构、状态、温度和压强等。 导热系数大小由实验测定，其数值随状态变化很大。 3.1 固体的导热系数 金属：35～420W/(m·℃)，非金属：0.2～3.0W/ (m·℃) 〖说明〗

导热反问题

学号：12041023 班级：120411 姓名：钟广 利用导热反问题反推对流换热系数可行性 导热反问题是指通过传热系统的部分输出信息反演系统的某些结构特征或部分输入信息，在动力过程、航空航天、机械制造、核反应堆、生物传热等工程领域有广泛的应用。在实际工程中，未知量常常是边界条件、初始条件、热物性、内热源强度和几何条件中的几个或者是几类。目前的研究工作大多集中于对特定变量的反演，而考虑热物性参数、内热源强度和边界条件等多变量综合反演的模式尚不多见。HSU等研究了非稳态条件下二维空心圆柱体初始温度和边界条件的同时反演问题。Tseng曾采用灵敏系数法对导热系数、边界温度和边界热流两两组合问题进行反演，但是此方法的前提是测量点的个数不能小于未知量的个数。杨海天等采用同伦优化算法和共轭梯度法研究了边界条件相互组合、导热系数和边界条件组合等稳态传热反问题，在研究过程中没有考虑系统边界条件的分布特性，认为整个待反演边界具有均匀的边界条件。王秀春等采用神经网络法求解边界条件组合的多变量导热反问题，同样没有考虑边界条件的分布特性，而且需要给出待反演参数初始猜测值的范围。 根据内边界上温度的测量值来反演外边界的热流密度或温度值、根据一些特征点上的温度测量值来反演传热介质的热传导系数是导热反问题的两种形式。 对流换热系数的实验求解方法就是用测量固体表面温度的办法计算出来的。具体来说就是通过测量壁温、流体定性温度以及换热面积来求解出对流换热系数。 对流换热系数的物理意义是：当流体与固体表面之间的温度差为1K时，1m*1m壁面面积在每秒所能传递的热量。h的大小反映对流换热的强弱。 对流换热系数与影响换热过程的诸因素有关，并且可以在很大的范围内变化，所以牛顿公式只能看作是传热系数的一个定义式。它既没有揭示影响对流换热的诸因素与h之间的内在联系，也没有给工程计算带来任何实质性的简化，只不过把问题的复杂性转移到传热系数的确定上去了。因此，在工程传热计算中，主要的任务是计算对流换热系数。计算传热系数的方法主要有实验求解法、数学分析解法和数值分析解法。 对流传热系数也称对流换热系数。对流换热系数的基本计算公式由牛顿于1701年提出，又称牛顿冷却定律。牛顿指出，流体与固体壁面之间对流传热的热流与它们的温度差成正比。用测量物体表面温度的方法来反推出对流换热系数（热流密度）是有可能的。 在用有限控制体积法对二维稳态热传导问题进行成功数值模拟的基础上,有两种处理二维稳态热传导逆问题的方法:灵敏度法和伴随方程法,并分别用这两种方法对一典型算例进行了反演计算。结果表明,在测量噪声比较小的情况下,用灵敏度法和伴随方程法都能得出具有较高精度的反演结果;但当测量噪声增大时,由于热传导逆问题的不适定性,两种方法的反演结果都明显地和精确解产生了偏差。这一结果从一个侧面对反演算法在工程中的应用,提出了对测量结果的精度要求。 采用共轭梯度法求解多变量稳态传热反问题时，反演参数的初始猜测值对反演结果有一定影响。特别是当温度初始猜测值与实际的温度分布的平均值偏差较大时，温度分布的反演结果可能出现较大的误差。由于位于中部的反演点能够利用其位置两侧的测量信息，温度反演结果的误差较小；而平板两端的反演点由于只能根据一侧的测量信息估算待反演的温度，相对于中间部位的反演点，反演结果的误差较大。同时，增加测量点数，减小测量标准差，反演结果的精度有所提高。

基于deform反向热传导问题

基于deform反向热传导问题 反演材料随温度变化的导热系数 基于反向热传导问题，给出反演材料随温度变化的导热系数的一种新方法。在正问题中，在实验中通过热电偶获得测点温度值。在反问题中，将反演参数作为优化变量，测点温度计算值与测量值之间的残差作为优化目标函数，通过极小化目标函数进行仿真。通过几个算例说明了算法的有效性与精度，并研究了测量误差对反演结果的影响。通过几个算例说明了软件模拟结果的有效性与精度，并研究了测量误差对反演结果的影响。结果表明，deform软件可以反演具有函数形式的导热系数，亦可不必事先知道导热系数随温度变化的函数形式、反演制定温度出的导热系数。当测量数据准确是，可得到高精度的反演结果；当测量数据存在一定误差时，仍然可以得到较为满意的反演结果，说明该方法具有较好的鲁棒性。 关键词：反向热传导；deform；随温度变化的导热系数；共轭梯度法 0引言 DEFORM-3D 是在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析。适用于热、冷、温成形，提供极有价值的工艺分析数据。如：材料流动、磨具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等。 DEFORM-3D具有如下优点： ——不需要人工干预，全自动网格再剖分。 ——前处理中自动生成边界条件，确保数据准备快速可靠。 ——DEFORM- 3D模型来自CAD系统的面或实体造型（STL/SLA）格式。 ——集成有成形设备模型，如：液压压力机、锤锻机、螺旋压力机、机械压力机、轧机、摆辗机和用户 自定义类型（如胀压成形）。 ——表面压力边界条件处理功能适用于解决胀压成形工艺模拟。 ——单步模具应力分析方便快捷，适用于多个变形体、组合模具、带有预应力环时的成形过程分析。

热传导方程及其定解问题的导出

第一章 热传导方程 本章介绍最典型的抛物型方程—热传导方程,在研究热传导,扩散等物理现象时都会 遇到这类方程. §1 热传导方程及其定解问题的导出 热传导方程的导出 物理模型 在三维空间中,考虑一均匀,各向同性的物体Ω,假定它内部有热源,并且与周围介质有热交换,需要来研究物体内部温度的分布和变化. 以函数),,,(t z y x u 表示物体Ω在位置),,(z y x 及时刻t 的温度.物体内部由于各部分温度不同,产生热量的传递,它们遵循能量守恒定律. 能量守恒定律 物体内部的热量的增加等于通过物体的边界流入的热量与由物体内部的热源所生成的热量的总和. 在物体Ω内任意截取一块D .现在时段],[21t t 上对D 使用能量守恒定律. 设),,,(t z y x u u =是温度(度),c 是比热(焦耳∕度·千克),ρ是密度(千克/米3 ), q ρ 是 热流密度(焦耳/秒·米2 ),0f 是热源强度(焦耳/千克·秒). 注意到在dt 时段内通过D 的边界D ?上小块dS 进入区域D 的热量为dSdt n q ρρ?-(n ρ 是 D ?的外法向),从而由能量守恒律,我们有 ,)||(21 21 120??????????+?-=-?==t t D t t D D t t t t dxdydz f dt ds n q dt dxdydz u u c ρρρ ρ （） 大家知道,热量流动的原因是因为在物体内部存在温差.依据传热学中的傅立叶实验定律,在一定条件下,热流向量与温度梯度成正比 ,u k q ?-=ρ （梯度? ?? ? ????????==?z u y u x u gradu u ,,） （） 这里负号表明热量是由高温向低温流动,k 是物体的导热系数. ,n u k n u k n q ρρρρ??-=??-=? 从而式可改写为