
【建】 convection heat transfer
【醫】 convective heat
conduct
【化】 conduction
【醫】 conduction; dromo-; transmission
對流熱傳導(Convective Heat Transfer)是熱力學中能量傳遞的複合機制,指流體(氣體或液體)因宏觀運動導緻的熱量遷移過程。其核心包含兩種作用:一是流體内部因溫度梯度引發的分子級熱傳導(heat conduction),二是流體整體位移形成的能量輸運。
從物理機制分析,當流體受熱不均時,密度差異驅動自然對流(natural convection),例如暖氣片加熱室内空氣;而外力作用(如風扇或泵)産生的強制對流(forced convection)則常見于汽車散熱系統。美國機械工程師協會(ASME)的《傳熱手冊》指出,該過程遵循牛頓冷卻定律:
$$ q = hA(Ts - T{infty}) $$
其中$h$為對流傳熱系數,$A$為接觸面積,$Ts$與$T{infty}$分别代表表面與流體溫度。中國《工程熱力學》教材特别強調,實際工程計算需同時考慮流體的流動狀态(層流或湍流)與物性參數(粘度、導熱系數)。
該理論在航空航天領域有典型應用,NASA技術報告顯示,航天器重返大氣層時,表面隔熱層設計需精确計算高速氣流帶來的強制對流傳熱效應。氣象學中,該原理也用于解釋海陸風形成機制——白天陸地升溫快引發空氣上升運動,形成低氣壓區吸引海洋冷空氣補充。
對流熱傳導是熱傳遞過程中同時涉及對流和傳導兩種方式的綜合作用,通常發生在流體(氣體或液體)中。以下為詳細解釋:
熱傳導是熱量通過物質内部微觀粒子(分子、原子、電子)的相互作用傳遞的過程,不伴隨物質的宏觀移動。其特點包括:
對流是因流體内部溫度差異導緻密度變化,從而引發流動的熱傳遞方式,分為自然對流(溫差驅動)和強制對流(外力驅動):
在流體中,熱傳導和對流往往同時發生:
對流熱傳導本質是流體傳熱中兩種機制的結合:傳導通過微觀粒子傳遞能量,對流通過宏觀流動加速熱量擴散。這一概念在散熱設計、氣象學等領域有重要應用。
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