热传递

热传递的原理与基本方式

热传递的原理与基本方式

虽然我们常将热称为热能，但热从严格意义上来说并不能算是一种能量，而

只是一种传递能量的方式。从微观来看，区域内分子受到外界能量冲击后，由能

量高的区域分子传递至能量低的区域分子，因此在物理界普遍认为能量的传递就

是热。当然热最重要的过程或者形式就是热的传递了。

学过中学物理的朋友都知道，热传递主要有三种方式：

传导:物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导，这

是最普遍的一种热传递方式，由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞

来传递能量。相对而言，热传导方式局限于固体和液体，因为气体的分子构成并

不是很紧密，它们之间能量的传递被称为热扩散。

热传导的基本公式为“Q=K×A×ΔT/ΔL”。其中Q代表为热量，也就是热

传导所产生或传导的热量；K为材料的热传导系数，热传导系数类似比热，但是

又与比热有一些差别，热传导系数与比热成反比，热传导系数越高，其比热的数

值也就越低。举例说明，纯铜的热传导系数为396.4，而其比热则为0.39；公式

中A代表传热的面积(或是两物体的接触面积)、ΔT代表两端的温度差；ΔL则

是两端的距离。因此，从公式我们就可以发现，热量传递的大小同热传导系数、

热传热面积成正比，同距离成反比。热传递系数越高、热传递面积越大，传输的

距离越短，那么热传导的能量就越高，也就越容易带走热量。

对流:对流指的是流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固体表

面将热带走的热传递方式。

具体应用到实际来看，热对流又有两种不同的情况，即：自然对流和强制对

流。自然对流指的是流体运动，成因是温度差，温度高的流体密度较低，因此质

量轻，相对就会向上运动。相反地，温度低的流体，密度高，因此向下运动，这

种热传递是因为流体受热之后，或者说存在温度差之后，产生了热传递的动力；

强制对流则是流体受外在的强制驱动（如风扇带动的空气流动）,驱动力向什么

地方，流体就向什么地方运动，因此这种热对流更有效率和可指向性。

热对流的公式为“Q=H×A×ΔT”。公式中Q依旧代表热量，也就是热对流

所带走的热量；H为热对流系数值，A则代表热对流的有效接触面积；ΔT代表

固体表面与区域流体之间的温度差。因此热对流传递中，热量传递的数量同热对

流系数、有效接触面积和温度差成正比关系；热对流系数越高、有效接触面积越

大、温度差越高，所能带走的热量也就越多。

辐射:热辐射是一种可以在没有任何介质的情况下，不需要接触，就能够

发生热交换的传递方式，也就是说，热辐射其实就是以波的形式达到热交换的目

的。

既然热辐射是通过波来进行传递的，那么势必就会有波长、有频率。不通过

介质传递就需要的物体的热吸收率来决定传递的效率了，这里就存在一个热辐射

系数，其值介于0～1之间，是属于物体的表面特性，而刚体的热传导系数则是

物体的材料特性。一般的热辐射的热传导公式为“Q=E×S×F×Δ(Ta－Tb)”。

公式中Q代表热辐射所交换的能力，E是物体表面的热辐射系数。在实际中，当

物质为金属且表面光洁的情况下，热辐射系数比较小，而把金属表面进行处理后

（比如着色）其表面热辐射系数值就会提升。塑料或非金属类的热辐射系数值大

部分都比较高。S是物体的表面积，F则是辐射热交换的角度和表面的函数关系，

但这里这个函数比较难以解释。Δ(Ta－Tb)则是表面a的温度同表面b之间的温

度差。因此热辐射系数、物体表面积的大小以及温度差之间都存在正比关系。

任何散热器也都会同时使用以上三种热传递方式，只是侧重有所不同。以

CPU散热为例，热由CPU工作不断地散发出来，通过与其核心紧密接触的散热片

底座以传导的方式传递到散热片，然后，到达散热片的热量，再通过其他方式如

风扇吹动将热量送走。整个散热过程包括4个环节：第一是CPU，是热源产生者；

第二是散热片，是热的传导体；第三是风扇，是增加热传导和指向热传导的媒介；

第四就是空气，这是热交换的最终流向。

一般说来，依照从散热器带走热量的方式，可以将散热器分为主动式散热和被动

式散热。所谓的被动式散热，是指通过散热片将热源如CPU产生的热量自然散发

到空气中，其散热的效果与散热片大小成正比，但因为是自然散发热量，效果当

然大打折扣，常常用在那些对空间没有要求的设备中，或者用于为发热量不大的

部件散热，如部分普及型主板在北桥上也采取被动式散热。对于个人使用的PC

机来说，绝大多数采取主动式散热方式，主动式散热就是通过风扇等散热设备强

迫性地将散热片发出的热量带走，其特点是散热效率高，而且设备体积小。