熱傳遞

熱傳遞（或稱傳熱）是物理學上的一個物理現象，是指由於溫度差引起的熱能傳遞現象。熱傳遞中用熱量量度物體內能的改變。熱傳遞主要存在三種基本形式：熱傳導、熱輻射和熱對流。只要在物體內部或物體間有溫度差存在，熱能就必然以以上三種方式中的一種或多種從高溫到低溫處傳遞。對於固體熱源，當它同周圍媒質溫度差不很大時（約50°C以下），熱源向周圍媒質傳遞的熱量可由牛頓冷卻定律來計算。

基本介紹

• 中文名：熱傳遞
• 外文名：heat transfer
• 特徵：在不做功情況下，熱量進行轉移。
• 傳遞方式：熱傳導、熱對流和熱輻射
• 量度：熱量單位是焦耳,符號J
• 複雜性：三種傳熱方式常常同時並存
• 傳遞方向：高溫到低溫
• 傳遞極限：溫度相等
• 傳遞推動力：溫度差

熱傳導

熱傳導(又稱為導熱)是指當不同物體之間或同一物體內部存在溫度差時，就會通過物體內部分子、原子和電子的微觀振動、位移和相互碰撞而發生能量傳遞現象。不同相態的物質內部導熱的機理不盡相同。氣體內部的導熱主要是其內部分子做不規則熱運動是相互碰撞的結果；非導電固體中，在其晶格結構的平衡位置附近振動，將能量傳遞給相鄰分子，實現導熱；而金屬固體的導熱是憑藉自由電子在晶格結構之間的運動完成的。

熱傳導是固體熱傳遞的主要方式。在氣體或液體等流體中，熱的傳導過程往往和對流同時發生。

傅立葉定律是傳熱學中的一個基本定律，由法國著名科學家傅立葉於1822年提出。公式指出導熱速率與微元所在處的溫度梯度成正比。

熱導率(thermal conductivity)是單位溫度梯度下的導熱熱通量，因而它代表物質的導熱能力。

物體的熱導率與材料的組成、結構、溫度、濕度、壓強及聚集狀態等許多因素有關。一般說來：金屬的熱導率最大，非金屬次之，液體的較小，而氣體的最小；固體金屬材料熱導率與溫度反比，固體非金屬材料與溫度成正比；金屬液體的熱導率很大，而非金屬液體的熱導率較小；氣體的熱導率隨溫度升高而增大。各種物質的導熱係數通常用實驗方法測定。

熱輻射

熱輻射，物體由於具有溫度而輻射電磁波的現象,稱為熱輻射。一切溫度高於絕對零度的物體都能產生熱輻射，溫度愈高，輻射出的總能量就愈大。熱輻射的光譜是連續譜，波長覆蓋範圍理論上可從0直至∞，一般的熱輻射主要靠波長較長的可見光和紅外線傳播。

溫度較低時，主要以不可見的紅外光進行輻射，當溫度為300℃時熱輻射中最強的波長在紅外區。當物體的溫度在500℃以上至800℃時，熱輻射中最強的波長成分在可見光區.

輻射源表面在單位時間內、單位面積上所發射（或吸收）的能量同該表面的性質及溫度有關 ，表面越黑暗越粗糙，發射（吸收）能量的能力就越強。任何物體都以電磁波的形式向周圍環境輻射能量。輻射電磁波在其傳播路上遇到物體時，將激勵組成該物體的微觀粒子的熱運動，使物體加熱升溫。

一個物體向外輻射能量的同時，還吸收從其他物體輻射來的能量。如果物體輻射出去的能量恰好等於在同一時間內所吸收的能量，則輻射過程達到平衡，稱為平衡輻射，此時物體具有固定的溫度。

熱輻射能把熱能以光速穿過真空，從一個物體傳給另一個物體。任何物體只要溫度高於絕對零度，就能輻射電磁波，被物體吸收而變成熱能，稱為熱射線。電磁波的傳播不需要任何媒質，熱輻射是真空中唯一的熱傳遞方式。太陽傳遞給地球的熱能就是以熱輻射的方式經過宇宙空間而來。

熱輻射的重要規律有4個：基爾霍夫輻射定律、普朗克輻射分布定律、斯蒂藩-玻耳茲曼定律、維恩位移定律。這4個定律，統稱為熱輻射定律。

熱對流

熱對流（thermal convection）是指流體內部質點發生相對位移的熱量傳遞過程。由於流體間各部分是相互接觸的，除了流體的整體運動所帶來的熱對流之外，還伴生有由於流體的微觀粒子運動造成的熱傳導。

工業中熱對流可分為以下四種類型：

流體無相變化時，根據產生的原因不同，有自然對流和強制對流兩種，其中強制對流傳熱根據流動狀態的不同，又可分為層流傳熱和湍流傳熱。

流體有相變化時，包括蒸汽冷凝對流和液體沸騰對流。

對流傳熱通常用牛頓冷卻定律來描述。

對流傳熱係數代表對流傳熱能力。影響對流傳熱係數的主要因素有：引起流動的原因、流動狀況、流體性質、傳熱面性質等。對流傳熱係數可由理論推導、因次分析、實驗等方法獲得。