
【化】 heat transfer rate
传热速率(Heat Transfer Rate)是工程热力学和传热学中的核心概念,指单位时间内通过特定介质或界面传递的热量。其英文对应术语为"Heat Transfer Rate",常用于描述能量在系统间的传递效率。根据国际单位制(SI),传热速率的单位为瓦特(W),即1瓦特等于1焦耳/秒(1 W = 1 J/s)。
从传热机理角度,传热速率可通过三种基本形式的公式量化:
热传导(傅立叶定律):
$$ q = -kAfrac{Delta T}{Delta x} $$ 式中$k$为材料导热系数,$A$为传热面积,$Delta T/Delta x$为温度梯度。
热对流(牛顿冷却定律):
$$ q = hA(T_s - T_infty) $$ 其中$h$为对流传热系数,$T_s$与$T_infty$分别代表表面和流体温度。
热辐射(斯特藩-玻尔兹曼定律):
$$ q = varepsilon sigma A(Ts - T{surr}) $$ $varepsilon$为表面发射率,$sigma$为斯特藩-玻尔兹曼常数,$T_{surr}$为环境温度。
该术语在能源工程、建筑热工设计和工业设备优化中具有重要应用。例如在换热器设计中,传热速率直接影响设备的尺寸和能耗指标。国际标准化组织(ISO)在ISO 12241:2022中明确规定了建筑传热速率的计算方法。
权威参考文献:
传热速率是热力学中的重要概念,指单位时间内通过特定传热方式(如导热、对流或辐射)传递的热量,单位为瓦特(W)。以下是详细解析:
传热速率(Heat transfer rate)表示热量在系统间传递的快慢程度,公式为: $$ q = frac{Q}{t} $$ 其中$q$为传热速率,$Q$为总传热量(焦耳),$t$为时间(秒)。
不同传热模式对应不同公式:
导热(傅立叶定律) $$ q = frac{k cdot A cdot Delta T}{d} $$ $k$为材料导热系数(W/m·K),$A$为接触面积,$Delta T$为温差,$d$为材料厚度。
对流(牛顿冷却定律) $$ q = h cdot A cdot (T_s - T_f) $$ $h$为对流换热系数,$T_s$为表面温度,$T_f$为流体温度。
热辐射(斯特藩-玻尔兹曼定律) $$ q = epsilon cdot sigma cdot A cdot (T_1 - T_2) $$ $epsilon$为发射率,$sigma$为斯特藩-玻尔兹曼常数(5.67×10⁻⁸ W/m²·K⁴)。
常见于热交换器设计(如汽车散热器)、建筑保温系统、电子设备冷却装置(CPU散热片)、工业生产中的加热/冷却工艺等工程领域。实际应用中常通过强化导热(如使用铜基材料)、促进对流(增加流速)或提升辐射效率(表面处理)来优化传热速率。
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