三段傳熱

熱量傳遞的方式。熱傳導是由於大量分子、原子或電子的互相撞擊，使能量從物體溫度較高部分傳至溫度較低部分的過程。是固體中熱傳遞的主要方式。在氣體或液體中，熱傳導過程往往與對流同時發生。

由於溫差存在而引起物質系統內部的熱量轉移過程。當無外功輸入時，熱量總是自高溫處傳向低溫處。有熱傳導、熱對流、熱幅射3種基本方式。實際上，在許多過程中3種方式伴隨進行。

基本介紹

• 中文名：三段傳熱
• 外文名：Three sections of heat transfer
• 基本方式：導熱、熱對流、熱輻射
• 導熱分類：有穩態導熱和非穩態導熱
• 能量傳遞方向：從溫度較高部分傳至溫度較低部分
• 條件：有溫差存在

“傳熱學” 是一門研究熱量傳遞規律的科學，凡是有溫差的地方，熱量就會自發地由高溫物體傳遞到低溫物體，因此熱量傳遞在生活和工程套用中是一種極為普遍的現象。

簡介

分析一些常見的傳熱現象。例如房屋牆壁在冬天的散熱，整個過程可分為三段，首先熱量由室內空氣一對流換熱和牆與室內物體間的輻射方式傳給牆內表面；再由牆內表面以固體導熱方式傳遞到牆外表面；最後由牆 外表面以空氣對流換熱和牆與周圍物體間的輻射方式把熱傳到室外環境。

顯然在其他條件不變時，室內外溫度差越大，傳熱量也越大。從實例不難理解， 傳熱過程是由導熱、熱對流、熱輻射三種基本方式組合成的。

導熱

又稱熱傳導。是指物體各部分無相對位移或不同物體直接接觸時依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而進行的熱量傳遞現象。導熱是物質的屬性，可以在固體、液體及氣體中發生。但在引力場下，單純的導熱一般發生在密實的固體中，因為有溫差時，液體和氣體中難以維持單純的導熱。各種物質的導熱能力不同，金屬的導熱能力最強。

熱量傳遞的一種方式。熱傳導是由於大量分子、原子或電子的互相撞擊，使能量從物體溫度較高部分傳至溫度較低部分的過程。是固體中熱傳遞的主要方式。在氣體或液體中，熱傳導過程往往與對流同時發生。

溫度不同的物體各部分之間或溫度不同的兩物體間由於直接接觸而發生的熱傳遞現象，也稱導熱。熱傳導是從巨觀角度進行現象分析的，即把物質看作是連續介質，各部分之間沒有相對位移。熱傳導是熱量傳遞的三種基本方式之一，對導熱規律的研究是傳熱學的重要組成部分。導熱理論的任務就是要找出任何時刻物體內各處的溫度，即溫度場，或各處的熱流通量 (熱流密度)。

幾種常見物質的導熱係數.

從微觀角度而言，熱是一種反映分子、原子和電子等的移動、轉移和振動的能量。因此，物質的導熱本質或機理必然與組成物質的微觀粒子的運動有密切的關係。在氣體中，導熱是作不規則熱運動的氣體分子間相互作用或碰撞的結果。在介電體中，導熱是通過晶格的振動來實現的，晶格振動的能量是量子化的，這種晶格振動的量子稱為聲子。這樣，介電體的導熱可以看成是聲子間相互作用和碰撞的結果。在金屬中，導熱主要是通過自由電子的相互作用和碰撞來實現的，聲子的作用相對來說很小。至於液體的導熱機理，比起氣體和固體來，還不那么清楚。但近年來的研究結果表明，液體的導熱機理類似於介電體，即通過晶格的振動來實現。應該指出，在液體和氣體中，只有在消除熱對流的條件下，才能實現純導熱過程。

熱對流

簡稱“對流”。流體各部分之間發生相對運動(位移)時，使熱量由高溫流體轉移到低溫流體的現象。是指依靠流體的運動，把熱量由一處傳到另一處的現象，是傳熱的另一種基本形式。若熱對流過程中單位時間通過單位面積有質量m (kg/m·s) 的流體由溫度t1的地方流到t2處，則此熱對流傳遞的熱量應為： q=mc_p(t₂-t₁)，單位W/m²_。

流體依靠其巨觀流動而實現的熱傳遞過程。可分為自然對流和強迫對流。自然對流是由溫度不均勻而引起流體內壓強或密度不均勻，從而導致循環流動。如煮水時水的上下循環流動。家用電冰櫃一般也靠自然對流冷卻物品，故箱內不能塞得太滿而影響對流。地球表面各部分由於從太陽輻射得到的熱不均勻，導致赤道處暖氣團不斷上升，流向兩極，較冷的空氣又不斷流向赤道，這種熱對流是形成自然風的原因之一。至於電風扇、間冷式電冰櫃、發電機和各種發動機的液泵冷卻裝置等，都是採用氣體或液體的強迫對流。控制氣體和液體的對流是增加或減少熱傳遞的主要手段。夏天打開門窗可促進室內外空氣對流，達到散熱目的；冬天關上門窗，可避免室內外空氣對流，達到保暖目的。有時掛上窗簾，可阻止對流的氣流到達視窗，進一步減少室內的熱損失。

熱對流也是熱傳遞的基本方式之一。其主要特點是：只能發生在流體(氣體和液體)之中，且必然同時伴有流體本身分子運動所產生的導熱作用。按發生的原因不同，有自然對流 (自由對流) 和強制對流 (受迫對流)兩大類。前者純粹因流 體冷、熱各部分的密度不同所引起， 其流動速度一般較低；後者則由於各種泵、風機或其他外力的推動而造成，故流動速度往往很高。

熱輻射

物體在任一溫度下發射出的紅外線、可見光和紫外線。電磁波的發射，實質上是能量從輻射體向周圍發射，這種能量稱為輻射能。在一定時間內物體的輻射能及能量按波長的分布都取決於物體的溫度，因此這種輻射稱為熱輻射，又稱溫度輻射。它和對流、熱傳導一起構成熱傳遞的三種基本方式。

物體在任何溫度下都可以產生熱輻射，但在不同的溫度下，其總能量及能量按波長的分布不同。當物體溫度較低時，主要發出波長較長的紅外線。隨著溫度的升高，發射最強的波長向短波方向移動直至紫外線，同時輻射的總能量也隨之增大。例如燈絲通以電流後，當溫度低於800K時，只能感覺到燈絲髮熱而不見燈絲髮光。當溫度超過800K後，就看到燈絲開始發紅。溫度繼續升高，燈絲就由暗變紅、再變黃，繼而變白。最後當溫度極高時，燈絲呈現青白色，達到白熾化，同時可以感到燈絲灼熱逼人。

物體在向外發射能量的同時，也不斷吸收從周圍物體發射的輻射能。當發射的能量等於吸收的能量時，物體的熱輻射過程達到平衡。這時，物體的狀態可以用一個確定的溫度T來描述。這種熱輻射稱為平衡熱輻射。大約從19世紀中期開始，很多物理學家對於物體輻射光和對光的吸收之間的相互關係問題發生了興趣，開始了對平衡輻射的性質作理論探討。並由此而引出黑體輻射問題的研究。

熱輻射換熱與導熱、對流換熱不同，它不依靠物質的接觸進行熱量傳遞，如陽光能夠穿越遼闊的低溫太空向地面輻射，而導熱和熱對流換熱都必須由冷、熱物體直接接觸或通過中間介質相接觸才能進行。輻射換熱過程伴隨著能量形式的兩次轉化，即物體的部分內能轉化為電磁波能發射出去，而當此波能量射到另一物體表面被吸收時，又轉化為內能。一切物體只要其溫度高於0K (絕時溫標為0)，都會不斷地發射熱射線。當物體間有溫差時，高溫物體輻射給低溫物體的能量大於低溫物體輻射給高溫物體的能量，故導致高溫物體把能量傳給低溫物體。即使各個物體的溫度相同，輻射換熱仍在不斷進行，只是每一物體輻射出去的能量，等於吸收的能量，從而處於動態平衡的狀態。