热传导

　热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一个系统的现象叫热传导。热传导是热传递三种基本方式之一。它是固体中热传递的主要方式，在不流动的液体或气体层中层层传递，在流动情况下往往与对流同时发生。热传导实质是由大量物质的分子热运动互相撞击，而使能量从物体的高温部分传至低温部分，或由高温物体传给低温物体的过程。在固体中，热传导的微观过程是：在温度高的部分，晶体中结点上的微粒振动动能较大。在低温部分，微粒振动动能较小。因微粒的振动互相联系，所以在晶体内部就发生微粒的振动，动能由动能大的部分向动能小的部分传递。在固体中热的传导，就是能量的迁移。在金属物质中，因存在大量的自由电子，在不停地作无规则的热运动。自由电子在金属晶体中对热的传导起主要作用。在液体中热传导表现为：液体分子在温度高的区域热运动比较强，由于液体分子之间存在着相互作用，热运动的能量将逐渐向周围层层传递，引起了热传导现象。由于热传导系数小，传导的较慢，它与固体相似，因而不同于气体；气体依靠分子的无规则热运动以及分子间的碰撞，在气体内部发生能量迁移，从而形成宏观上的热量传递。 暖通空调在线
热从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式叫做热传导。^[1]

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　　依靠物质的分子、原子或电子的运动（包括移动和振动），使热量从物体的高温部位向低温部位传递的过程，是热量传递的三种基本方式之一。一切物体，不论其内部有无质点间的相对运动，只要存在温度差，就有热传导。工业上有许多以热传导为主的传热过程，如橡胶制品的加热硫化、钢锻件的热处理等。在窑炉、传热设备和热绝缘的设计计算及催化剂颗粒的温度分布分析中，热传导规律都占有重要地位。在高温高压设备（如氨合成塔及大型乙烯装置中的废热锅炉等）的设计中，也需用热传导规律来计算设备各传热间壁内的温度分布，以便进行热应力分析。
　　热传导方程 　当物体内的温度分布只依赖于一个空间坐标，而且温度分布不随时间而变时，热量只沿温度降低的一个方向传递，这称为一维定态热传导。此时的热传导可用下式描述：

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式中q为热量通量;T为温度;x为热传递方向的坐标；λ为热导率。此式表明q正比于温度梯度dT/dx，但热流方向与温度梯度方向相反。此规律由法国物理学家J.-B.-J.傅里叶于1822年首先发现，故称为傅里叶定律。 暖通在线
　　在最一般的热传导中，温度随时间和三个空间坐标而变化，且伴有热量产生（如反应热）。这时的热传导称为三维非定态热传导，可用下式描述：

　　　 (2)

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式中τ为时间；x、y、z为坐标轴；ρ为密度；c_p为定压比热容；α为导温系数，又称热扩散系数,α＝λ/(c_p·ρ)，表示非定态热传导过程中物体内部温度趋于均匀的能力，即导温系数越大，则温度趋于均匀越快；q_c为单位体积内热量生成的速率。

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　　一维定态热传导的计算 　以连续操作的窑炉中热量通过炉壁的传递为例，热量从内壁面传到外壁面，将式(1)积分，得出热流量为：

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式中T₁和T₂分别为壁的内外两侧面的温度；A为炉壁面面积;δ为炉壁的厚度；T₁-T₂为传热的推动力;Q为传热速率。根据速率等于推动力比阻力的概念，δ/(λA)是平壁面热传导的热阻。由于热传导的速率正比于热导率,所以换热器中采用热导率高的材料(如铜、钢、石墨等)作为传热间壁材料。在热绝缘设施中，采用热导率低的材料作为绝热材料。对于壁面相等的多层平壁，根据串联热阻的概念，其热流量计算式为：

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式中ΔT为最内层壁内侧面与最外层壁外侧面之间的温度差；n为层数。
　　非定态热传导计算 　如果操作是间歇的或周期性的，如蓄热器（见换热器）的操作，这时热传导是非定态的。对于形状简单的物体（如平板、长方体、柱体和圆球），可由式 (2)结合一定的初始条件、边界条件求得解析解，但通常求得的解很复杂，往往以无穷级数形式表示。为便于应用，常将这些结果以图线表述。 暖通空调zaixian
　　对于二维、三维等更复杂的热传导，难以用解析法求解，一般可用数值法求解。