热传导

热传导（thermal conduction）是介质内无宏观运动时的传热现象，其在固体、液体和气体中均可发生，但严格而言，只有在固体中才是纯粹的热传导，而流体即使处于静止状态，其中也会由于温度梯度所造成的密度差而产生自然对流，因此，在流体中热对流与热传导同时发生。

简介

物体或系统内的温度差，是热传导的必要条件。或者说，只要介质内或者介质之间存在温度差，就一定会发生传热。热传导速率决定于物体内温度场的分布情况。

热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一个系统的现象叫传热。热传导是三种传热模式（热传导、对流、辐射）之一。它是固体中传热的主要方式，在不流动的液体或气体层中层层传递，在流动情况下往往与热对流同时发生。

在导体中，因存在大量的自由电子，在不停地作无规则的热运动。一般晶格震动的能量较小，自由电子在金属晶体中对热的传导起主要作用。所以一般的电导体也是热的良导体。在液体中热传导表现为：液体分子在温度高的区域热运动比较强，由于液体分子之间存在着相互作用，热运动的能量将逐渐向周围层层传递，引起了热传导现象。由于热传导系数小，传导的较慢，它与固体相似；不同于液体，气体分子之间的间距比较大，气体依靠分子的无规则热运动以及分子间的碰撞，在气体内部发生能量迁移，从而形成宏观上的热量传递。

热量从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式叫做热传导。

辞典中的定义

数学表达

傅立叶定律

当物体内的温度分布只依赖于一个空间坐标，而且温度分布不随时间而变时，热量只沿温度降低的一个方向传递，这称为一维定态热传导。此时的热传导可用下式描述：

式中 为是热流密度，即在与传输方向相垂直的单位面积上，在x方向上的传热速率;T为温度;x为热传递方向的坐标；k为热导率。此式表明q正比于温度梯度dT/dx，但热流方向与温度梯度方向相反。此规律由法国物理学家傅里叶于1822年首先提出，故称为傅里叶定律。

热扩散方程

如果热导率k是一个常数，热扩散方程又可以表述如下：

α称为热扩散系数, ，表示非定态热传导过程中物体内部温度趋于均匀的能力，即导温系数越大，则温度趋于均匀越快；q.dot为单位体积内热量生成的速率。

算例

一维定态热传导的计算 　以连续操作的窑炉中热量通过炉壁的传递为例，热量从内壁面传到外壁面，按照傅立叶定律计算，得出热流量为：

式中T1和T2分别为壁的内外两侧面的温度；A为炉壁面面积;L为炉壁的厚度；T1-T2为传热的推动力；Q为传热速率。根据电流等于电势差比阻力的概念，L/kA是平壁面热传导的热阻。由于热传导的速率正比于热导率，所以换热器中采用热导率高的材料(如铜、钢、石墨等)作为传热间壁材料。在热绝缘设施中，采用热导率低的材料（比如石棉 空气)作为绝热材料。

对于壁面相等的多层平壁，根据串联热阻的概念，其热流量计算式为：

式中ΔT为最内层壁内侧面与最外层壁外侧面之间的温度差；n为层数。

非定态热传导计算 　如果操作是间歇的或周期性的，如蓄热器（见换热器）的操作，这时热传导是非定态的。对于形状简单的物体（如平板、长方体、柱体和圆球），可由式 (2)结合一定的初始条件、边界条件求得解析解，但通常求得的解很复杂，往往以无穷级数形式表示。为便于应用，常将这些结果以图线表述。

工业应用

工业上有许多以热传导为主的传热过程，如橡胶制品的加热硫化、钢锻件的热处理等。在窑炉、传热设备和热绝缘的设计计算及催化剂颗粒的温度分布分析中，热传导规律都占有重要地位。在高温高压设备（如氨合成塔及大型乙烯装置中的废热锅炉等）的设计中，也需用热传导规律来计算设备各传热间壁内的温度分布，以便进行热应力分析。

其他传热模式

热对流

液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程。

对流是液体和气体中热传递的主要方式，气体的对流现象比液体明显。

热辐射

也是热传递的一种方式，但它和热传导、对流不同。

它能不依靠媒质把热量直接从一个系统传给另一系统。热辐射以电磁辐射的形式发出能量，温度越高，辐射越强。辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500摄氏度以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。热辐射是远距离传热的主要方式，如太阳的热量就是以热辐射的形式，经过宇宙空间再传给地球的。

热的导体