熱傳遞的原理與基本方式

1、熱傳遞的原理與基本方式熱傳遞的原理與基本方式雖然我們常將熱稱為熱能，但熱從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)并不能算是一種能量，而 只是一種傳遞能量的方式。從微觀來(lái)看，區(qū)域內(nèi)分子受到外界能量沖擊后，由能 量高的區(qū)域分子傳遞至能量低的區(qū)域分子，因此在物理界普遍認(rèn)為能量的傳遞就 是熱。當(dāng)然熱最重要的過(guò)程或者形式就是熱的傳遞了。學(xué)過(guò)中學(xué)物理的朋友都知道，熱傳遞主要有三種方式:傳導(dǎo):物質(zhì)本身或當(dāng)物質(zhì)與物質(zhì)接觸時(shí)，能量的傳遞就被稱為熱傳導(dǎo)，這 是最普遍的一種熱傳遞方式，由能量較低的粒子和能量較高的粒子直接接觸碰撞 來(lái)傳遞能量。相對(duì)而言，熱傳導(dǎo)方式局限于固體和液體，因?yàn)闅怏w的分子構(gòu)成并 不是很緊密，它們之間能量的傳遞被稱為熱

2、擴(kuò)散。熱傳導(dǎo)的基本公式為“Q=KXAXA T/A L”。其中Q代表為熱量，也就是熱 傳導(dǎo)所產(chǎn)生或傳導(dǎo)的熱量；K為材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)，熱傳導(dǎo)系數(shù)類似比熱，但是 又與比熱有一些差別，熱傳導(dǎo)系數(shù)與比熱成反比，熱傳導(dǎo)系數(shù)越高，其比熱的數(shù) 值也就越低。舉例說(shuō)明，純銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)為396.4,而其比熱則為0.39；公式 中A代表傳熱的面積（或是兩物體的接觸面積）、A T代表兩端的溫度差；A L則 是兩端的距離。因此，從公式我們就可以發(fā)現(xiàn)，熱量傳遞的大小同熱傳導(dǎo)系數(shù)、 熱傳熱面積成正比，同距離成反比。熱傳遞系數(shù)越高、熱傳遞面積越大，傳輸?shù)?距離越短，那么熱傳導(dǎo)的能量就越高，也就越容易帶走熱量。對(duì)流:對(duì)流指的是

3、流體（氣體或液體）與固體表面接觸，造成流體從固體表 面將熱帶走的熱傳遞方式。具體應(yīng)用到實(shí)際來(lái)看，熱對(duì)流又有兩種不同的情況，即：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì) 流。自然對(duì)流指的是流體運(yùn)動(dòng)，成因是溫度差，溫度高的流體密度較低，因此質(zhì) 量輕，相對(duì)就會(huì)向上運(yùn)動(dòng)。相反地，溫度低的流體，密度高，因此向下運(yùn)動(dòng)，這 種熱傳遞是因?yàn)榱黧w受熱之后，或者說(shuō)存在溫度差之后，產(chǎn)生了熱傳遞的動(dòng)力； 強(qiáng)制對(duì)流則是流體受外在的強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)(如風(fēng)扇帶動(dòng)的空氣流動(dòng))，驅(qū)動(dòng)力向什么 地方，流體就向什么地方運(yùn)動(dòng)，因此這種熱對(duì)流更有效率和可指向性。熱對(duì)流的公式為“Q=HXAXA T”。公式中Q依舊代表熱量，也就是熱對(duì)流 所帶走的熱量；H為熱對(duì)流系數(shù)值，

4、A則代表熱對(duì)流的有效接觸面積； T代表 固體表面與區(qū)域流體之間的溫度差。因此熱對(duì)流傳遞中，熱量傳遞的數(shù)量同熱對(duì) 流系數(shù)、有效接觸面積和溫度差成正比關(guān)系；熱對(duì)流系數(shù)越高、有效接觸面積越 大、溫度差越高，所能帶走的熱量也就越多。輻射：熱輻射是一種可以在沒有任何介質(zhì)的情況下，不需要接觸，就能夠 發(fā)生熱交換的傳遞方式，也就是說(shuō)，熱輻射其實(shí)就是以波的形式達(dá)到熱交換的目 的。既然熱輻射是通過(guò)波來(lái)進(jìn)行傳遞的，那么勢(shì)必就會(huì)有波長(zhǎng)、有頻率。不通過(guò) 介質(zhì)傳遞就需要的物體的熱吸收率來(lái)決定傳遞的效率了，這里就存在一個(gè)熱輻射 系數(shù)，其值介于01之間，是屬于物體的表面特性，而剛體的熱傳導(dǎo)系數(shù)則是 物體的材料特性。一般的熱

5、輻射的熱傳導(dǎo)公式為“Q =EXSXFXA (Ta Tb)”。 公式中Q代表熱輻射所交換的能力，E是物體表面的熱輻射系數(shù)。在實(shí)際中，當(dāng) 物質(zhì)為金屬且表面光潔的情況下，熱輻射系數(shù)比較小，而把金屬表面進(jìn)行處理后 (比如著色)其表面熱輻射系數(shù)值就會(huì)提升。塑料或非金屬類的熱輻射系數(shù)值大 部分都比較高。S是物體的表面積，F(xiàn)則是輻射熱交換的角度和表面的函數(shù)關(guān)系， 但這里這個(gè)函數(shù)比較難以解釋。 (TaTb)則是表面a的溫度同表面b之間的溫 度差。因此熱輻射系數(shù)、物體表面積的大小以及溫度差之間都存在正比關(guān)系。任何散熱器也都會(huì)同時(shí)使用以上三種熱傳遞方式，只是側(cè)重有所不同。以 CPU散熱為例，熱由CPU工作不斷地散

6、發(fā)出來(lái)，通過(guò)與其核心緊密接觸的散熱片 底座以傳導(dǎo)的方式傳遞到散熱片，然后，到達(dá)散熱片的熱量，再通過(guò)其他方式如 風(fēng)扇吹動(dòng)將熱量送走。整個(gè)散熱過(guò)程包括4個(gè)環(huán)節(jié)：第一是CPU，是熱源產(chǎn)生者; 第二是散熱片，是熱的傳導(dǎo)體；第三是風(fēng)扇，是增加熱傳導(dǎo)和指向熱傳導(dǎo)的媒介; 第四就是空氣，這是熱交換的最終流向。一般說(shuō)來(lái)，依照從散熱器帶走熱量的方式，可以將散熱器分為主動(dòng)式散熱和被動(dòng) 式散熱。所謂的被動(dòng)式散熱，是指通過(guò)散熱片將熱源如CPU產(chǎn)生的熱量自然散發(fā) 到空氣中，其散熱的效果與散熱片大小成正比，但因?yàn)槭亲匀簧l(fā)熱量，效果當(dāng) 然大打折扣，常常用在那些對(duì)空間沒有要求的設(shè)備中，或者用于為發(fā)熱量不大的 部件散熱，如部分普及型