热通量

更新时间:2022-08-16

热通量,又称为热流,是指单位时间通过某一面积的热能,是具有方向性的矢量,其在国际单位制中的单位为W/㎡,即瓦特每平方米。

基本信息

中文名热通量
外文名Heat Flux
分类传导热通量辐射热通量
也称热流密度
国际单位焦耳/(秒*平方米)
定义单位时间通过某一面积的热能,是具有方向性的矢量

名词简介

热通量或热通量,有时也被称为热通量密度或热流量强度是每单位时间每单位面积的能量流量。在SI中,其单位是瓦特每平方米(W⋅m)。它既有方向又有量级,所以它是一个向量。为了确定空间某一点的热通量,需要考虑表面尺寸无限小的极限情况。

傅里叶定律是这些概念的重要应用。

傅立叶定律

对于通常情况下的大多数固体,热量主要通过传导来传递,而热通量则由傅立叶定律充分地描述。

一个维度

与温度分布相关的热通量T(X)的在导热材料中k可由下式得到:

负号表示热通量从较高温度区域移动到较低温度区域。

多维扩展

多维情况类似,热通量“下降”温度梯度,因此:

梯度算子和是热导率

分类

依据热传导方式的不同,热通量分为传导热通量(传导热流密度)、辐射热通量(辐射热流密度)和对流热通量(对流热流密度)对于不同的应用,热通量的名称还有如:大地热通量(也称大地热流密度,土壤热通量),它是大地(土壤)中热传导方式的表述;感热通量是物体在加热或冷却过程中,温度升高或降低而不改变其原有相态所需吸收或放出的热量通量;潜热通量是物质发生相变(物态变化)且温度不发生变化时吸收或放出的热量通量。

测量

热通量的测量可以以几种不同的方式进行。通常已知但通常不切实际的方法是通过测量具有已知导热率的一块材料上的温差来进行的。这种方法类似于测量电流的标准方法,其中测量已知电阻上的电压降。通常这种方法很难执行,因为被测试材料的热阻通常是未知的。为了确定热阻,需要准确的材料厚度和热导率值。利用热阻以及材料两侧的温度测量,可以间接计算热通量。

测量热通量的第二种方法是通过使用热通量传感器或热通量传感器来直接测量传递到热通量传感器所安装到的表面的热量的量。最常见的热通量传感器类型是差示温度热电堆,其基本上与所提到的第一种测量方法相同,除了其具有的优点是热阻/传导率不需要是已知的参数。由于热通量传感器能够通过使用塞贝克效应实现对现有热通量的现场测量,因此不必知道这些参数。但是,差热电堆热通量传感器已经在为了进行校准,以涉及它们的输出信号[μV]到热通量值[W/(m⋅K)]。一旦热通量传感器被校准,它就可以用来直接测量热通量,而不需要罕见的热阻或热传导值。

仪器

用于测量热通量的传感器称为热通量传感器,也称热流传感器

用于测量热通量的仪器称为热通量计,也称热流计


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