熱傳導

        熱傳導是介質(zhì)內(nèi)無宏觀運動時的傳熱現(xiàn)象，其在固體、液體和氣體中均可發(fā)生，但嚴格而言，只有在固體中才是純粹的傳導，而流體即使處于靜止狀態(tài)，其中也會由于溫度梯度所造成的密度差而產(chǎn)生自然對流，因此，在流體中對流與熱傳導同時發(fā)生。
　　物體或系統(tǒng)內(nèi)的各點間的溫度差，是熱傳導的必要條件。由熱傳導方式引起的熱傳遞速率（簡稱導熱速率）決定于物體內(nèi)溫度的分布情況。溫度場就是任一瞬間物體或系統(tǒng)內(nèi)各點的溫度分布總和。　　
　　熱量從系統(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個系統(tǒng)傳到另一個系統(tǒng)的現(xiàn)象叫熱傳導。熱傳導是熱傳遞三種基本方式之一。它是固體中熱傳遞的主要方式，在不流動的液體或氣體層中層層傳遞，在流動情況下往往與對流同時發(fā)生。熱傳導實質(zhì)是由大量物質(zhì)的分子熱運動互相撞擊，而使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過程。在固體中，熱傳導的微觀過程是：在溫度高的部分，晶體中結(jié)點上的微粒振動動能較大。在低溫部分，微粒振動動能較小。因微粒的振動互相聯(lián)系，所以在晶體內(nèi)部就發(fā)生微粒的振動，動能由動能大的部分向動能小的部分傳遞。在固體中熱的傳導，就是能量的遷移。在金屬物質(zhì)中，因存在大量的自由電子，在不停地作無規(guī)則的熱運動。一般晶格震動的能量較小，自由電子在金屬晶體中對熱的傳導起主要作用。所以一般的電導體也是熱的良導體，但是也有例外，比如說鉆石--事實上，jewller 可以通過測寶石的導熱性來判斷鉆石的真假。在液體中熱傳導表現(xiàn)為：液體分子在溫度高的區(qū)域熱運動比較強，由于液體分子之間存在著相互作用，熱運動的能量將逐漸向周圍層層傳遞，引起了熱傳導現(xiàn)象。由于熱傳導系數(shù)小，傳導的較慢，它與固體相似，因而不同于氣體；氣體依靠分子的無規(guī)則熱運動以及分子間的碰撞，在氣體內(nèi)部發(fā)生能量遷移，從而形成宏觀上的熱量傳遞。
　　熱從物體溫度較高的一部分沿著物體傳到溫度較低的部分的方式叫做熱傳導。
分析
　　依靠物質(zhì)的分子、原子或電子的運動（包括移動和振動），使熱量從物體的高溫部位向低溫部位傳遞的過程，是熱量傳遞的三種基本方式之一。一切物體，不論其內(nèi)部有無質(zhì)點間的相對運動，只要存在溫度差，就有熱傳導。工業(yè)上有許多以熱傳導為主的傳熱過程，如橡膠制品的加熱硫化、鋼鍛件的熱處理等。在窯爐、傳熱設備和熱絕緣的設計計算及催化劑顆粒的溫度分布分析中，熱傳導規(guī)律都占有重要地位。在高溫高壓設備（如氨合成塔及大型乙烯裝置中的廢熱鍋爐等）的設計中，也需用熱傳導規(guī)律來計算設備各傳熱間壁內(nèi)的溫度分布，以便進行熱應力分析。
　　熱傳導方程　
　　當物體內(nèi)的溫度分布只依賴于一個空間坐標，而且溫度分布不隨時間而變時，熱量只沿溫度降低的一個方向傳遞，這稱為一維定態(tài)熱傳導。此時的熱傳導可用下式描述：
　　式中q為熱量通量;T為溫度;x為熱傳遞方向的坐標；λ為熱導率。此式表明q正比于溫度梯度dT/dx，但熱流方向與溫度梯度方向相反。此規(guī)律由法國物理學家J.-B.-J.傅里葉于1822年首先發(fā)現(xiàn)，故稱為傅里葉定律。
　　在最一般的熱傳導中，溫度隨時間和三個空間坐標而變化，且伴有熱量產(chǎn)生（如反應熱）。這時的熱傳導稱為三維非定態(tài)熱傳導，可用下式描述：
　　式中τ為時間；x、y、z為坐標軸；ρ為密度；cp為定壓比熱容；α為導溫系數(shù)，又稱熱擴散系數(shù),α=λ/(cp·ρ)，表示非定態(tài)熱傳導過程中物體內(nèi)部溫度趨于均勻的能力，即導溫系數(shù)越大，則溫度趨于均勻越快；qc為單位體積內(nèi)熱量生成的速率。
　　一維定態(tài)熱傳導的計算 　以連續(xù)操作的窯爐中熱量通過爐壁的傳遞為例，熱量從內(nèi)壁面?zhèn)鞯酵獗诿妫瑢⑹?1)積分，得出熱流量為：
　　式中T1和T2分別為壁的內(nèi)外兩側(cè)面的溫度；A為爐壁面面積;δ為爐壁的厚度；T1-T2為傳熱的推動力;Q為傳熱速率。根據(jù)速率等于推動力比阻力的概念，δ/(λA)是平壁面熱傳導的熱阻。由于熱傳導的速率正比于熱導率,所以換熱器中采用熱導率高的材料(如銅、鋼、石墨等)作為傳熱間壁材料。在熱絕緣設施中，采用熱導率低的材料作為絕熱材料。對于壁面相等的多層平壁，根據(jù)串聯(lián)熱阻的概念，其熱流量計算式為：
　　式中ΔT為最內(nèi)層壁內(nèi)側(cè)面與最外層壁外側(cè)面之間的溫度差；n為層數(shù)。
　　非定態(tài)熱傳導計算 　如果操作是間歇的或周期性的，如蓄熱器（見換熱器）的操作，這時熱傳導是非定態(tài)的。對于形狀簡單的物體（如平板、長方體、柱體和圓球），可由式 (2)結(jié)合一定的初始條件、邊界條件求得解析解，但通常求得的解很復雜，往往以無窮級數(shù)形式表示。為便于應用，常將這些結(jié)果以圖線表述。
　　對于二維、三維等更復雜的熱傳導，難以用解析法求解，一般可用數(shù)值法求解。
熱傳遞方式
熱傳導
　　熱從物體溫度較高的一部分沿著物體傳到溫度較低的部分的方式叫做熱傳導。
　　熱量從系統(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個系統(tǒng)傳到另一系統(tǒng)的現(xiàn)象叫做熱傳導。熱傳導是固體中熱傳遞的主要方式。在氣體或液體中，熱傳導過程往往和對流同時發(fā)生。各種物質(zhì)的熱傳導性能不同，一般金屬都是熱的良導體，玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液體和氣體都是熱的不良導體，石棉的熱傳導性能極差，常作為絕熱材料。
對流
　　靠氣體或液體的流動來傳熱的方式叫做對流。液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動使溫度趨于均勻的過程。對流是液體和氣體中熱傳遞的主要方式，氣體的對流現(xiàn)象比液體明顯。對流可分自然對流和強迫對流兩種。自然對流往往自然發(fā)生，是由于溫度不均勻而引起的。強迫對流是由于外界的影響對流體攪拌而形成的。
熱輻射
　　高溫物體直接向外發(fā)射熱的現(xiàn)象叫做熱輻射。
　　物體因自身的溫度而具有向外發(fā)射能量的本領(lǐng)，這種熱傳遞的方式叫做熱輻射。熱輻射雖然也是熱傳遞的一種方式，但它和熱傳導、對流不同。它能不依靠媒質(zhì)把熱量直接從一個系統(tǒng)傳給另一系統(tǒng)。熱輻射以電磁輻射的形式發(fā)出能量，溫度越高，輻射越強。輻射的波長分布情況也隨溫度而變，如溫度較低時，主要以不可見的紅外光進行輻射，在500攝氏度以至更高的溫度時，則順次發(fā)射可見光以至紫外輻射。熱輻射是遠距離傳熱的主要方式，如太陽的熱量就是以熱輻射的形式，經(jīng)過宇宙空間再傳給地球的。
熱的導體
　　各種物體都能夠傳熱，但是不同物質(zhì)的傳熱本領(lǐng)不同。容易傳熱的物體叫做熱的良導體，不容易傳熱的物體叫做熱的不良導體,金屬都是熱的良導體。瓷、木頭和竹子、皮革、水都是不良導體。金屬中最善于傳熱的是銀，其次是銅和鋁．最不善于傳熱的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花，石棉、軟木和其他松軟的物質(zhì)。液體，除了水銀外，都不善于傳熱，氣體比液體更不善于傳熱．
　　熱傳導是介質(zhì)內(nèi)無宏觀運動時的傳熱現(xiàn)象，其在固體、液體和氣體中均可發(fā)生，但格而言，只有在固體中才是純粹的熱傳導，而流體即使處于靜止狀態(tài)，其中也會由于溫度梯度所造成的密度差而產(chǎn)生自然對流，因此，在流體中對流與熱傳導同時發(fā)生。