
【化】 heat flux
热通量(Heat Flux),在热力学和工程学领域中指单位时间内通过单位面积传递的热量,是描述热量传递速率的重要物理量。其国际单位为瓦特每平方米(W/m²),反映了能量在空间中的传递强度。
热通量(Heat Flux)的严格定义为: $$vec{q} = -k abla T$$ 其中 (vec{q}) 为热通量矢量,(k) 为材料导热系数,( abla T) 为温度梯度。该公式即傅里叶热传导定律(Fourier's Law),表明热通量方向与温度梯度方向相反,且大小与梯度成正比。在稳态条件下,热通量直接关联系统能量平衡,例如在建筑保温设计中需计算墙体热通量以评估能耗。
标准单位为W/m²,工程中亦使用:
换算关系:
$$1 text{ W/m} = 0.317 text{ BTU/(ft} cdot text{h)}$$
$$1 text{ kW/m} = 1000 text{ W/m}$$
热通量是热力学和传热学中的核心概念,主要用于描述热能的传递强度。以下是综合多个权威来源的详细解释:
热通量(Heat Flux)指单位时间内通过单位面积传递的热能量,常用符号( q )表示,国际单位为瓦特每平方米(( W/m ))。它反映了热能通过某一表面的速率,例如散热器表面或建筑材料的传热效率。
根据傅里叶定律,热通量的计算分为两种形式:
一维传导公式: $$ q = -k cdot frac{dT}{dx} $$ 其中:
多维向量形式: $$ mathbf{q} = -k cdot abla T $$ 此时热通量为矢量,方向与温度梯度相反。
热通量是矢量,不仅包含大小还包含方向,其方向始终垂直于传热表面,且与温度梯度方向相反。例如,当热量从高温墙面传入低温房间时,热通量方向指向室内。
热通量在工程散热设计、建筑保温材料评估、气象学(如地表能量平衡)等领域有广泛应用。例如,电子设备散热器需通过热通量计算优化散热效率。
如需进一步了解具体应用案例或扩展公式推导,(傅里叶定律)或(矢量分析)。
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