热流密度

2024年3月31日发(作者：火锅英语)

热流密度

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概述

热流密度、温度和热传递

热流密度的测量仪器

热流密度（Heat Flux，Thermal Flux）

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概述

也称热通量，一般用q表示

定义为：单位面积（1平方米）的截面内单位时间（1秒）通过的热量

q=Q/(S*t) ——Q为热量 t为时间 S为截面面积

热流密度与热流的关系：

热流密度q=热流J/S ——S为截面面积

热流密度与导热系数的关系：

材料热流密度q=∧(T1-T2)/d

——∧--表示材料导热系数 T1--表示热表面的温度 T2--表示冷表面的温度 d--表示材料厚度

热流密度是考察器件或设备散热性能的重要指标

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热流密度、温度和热传递

虽然温度测量可通用并容易接受，但热流密度（热通量）测量常常需要考虑。

温度是物质的基本属性之一。此外，由于温度可以通过人类的感官测定，多数人熟悉其含义。相反，热流密度（热通量）

是一种不易感测的导出量。然而，只在大多数热系统中测量温度是不够的。

通常，热能流通方式和位置与温度的流通方式和位置同等重要，或比温度的流通方式和位置更重要。

例如，人类皮肤的温度可显示人体的舒适程度，但与分散到环境中的能量有少许关系，尤其是在同时发生蒸发的情况下。

除了气温之外，风冷因素是对流传热重要性的另一常见例子。

热量的传递（转移）与科研、工农业生产和日常生活息息相关：

1、 针对居住者的最大舒适度加热和冷却生存空间的观点已开始被接受；

2、 通过测量大地热流，发现各地生态环境以及城市气候的优劣与区域大地热流的高低有密切的关系。

（在农业气象学中为了优化作物灌溉——特别是缺水区域——，在描述表面温度、露的形成或结霜条

件、以及土壤热平衡的重要部分：热存储等的产生方式中，正确地土壤热流测量是非常重要的。）

3、 许多工业制造过程需要紧密控制材料整个加工过程的温度，以建立所需的特性和质量控制。（例如，

陶瓷和薄膜中的热应力控制、等离子体沉积、玻璃和金属的退火、许多材料的热处理、塑料纤维纺

丝、薄膜干燥、电子薄膜和晶体的增加以及激光表面处理。）

4、 材料的温度控制需要用已知的控制方式将能量传递到固体和液体中，或从固体和液体中传出。因此，

设备（如干燥器、热交换器、锅炉、冷凝器和热导管）的合理设计变得至关紧要。（电子、推进力和

发电设备中更高的功率密度恒定驱动器不断挑战相关冷却系统的极限。）

因此，在现代社会材料与过程的热管理正成为一门高精的学科。在许多系统中最大化或最小化热能传递对于发挥系统最佳

性能至关重要。因此，可用于直接感测热流密度（热通量）的传感器（仪器）极其重要。

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热流密度的测量仪器

用于测量热流密度的传感器称为热流密度传感器，简称热流传感器。

用于测量热流密度的仪器称为热流密度计（热通量计），简称热流计。

临界热流密度

critical heat flux

此时，有更多的汽泡生成。但热流密度增至c点后，如 果继

续增加热流密度，则由于汽泡密度太大，以致联成 汽膜。这种

汽膜将 加热面与冷却剂隔 开，从而使传热能 力急剧下降，壁

温 将由c点急剧上升 到。‘点.。点的热流 密度(亦即c‘点的 热

流密度)即定义 为临界热流密度。 达到临界热流密度 时出现的

壁温急剧 升高，可能造成释 热元件表面过热， 甚至烧毁。所

以临 界热流密度有时也 被称作烧毁热流密 t01卿l伽执j[0仪

专屯1 八r.丫、 沸腾工况下热流与沮压的关系 a以下是液体自

然对流工况.a一b是 自然对流和泡核沸璐混合的工况;b- 。是泡

核沸璐工况;c一d是泡核沸璐 和膜态沸肠混合的工况.d一e是

膜态 沸肠工况.e一f是膜态沸腾加辐射的 工况 度。由于在此

热流密度下开始偏离泡核沸腾而向膜态 沸腾过渡，故又叫偏离

泡核沸腾热流密度。 临界热流密度与实际(或设计的)热流密度

之比称为 偏离泡核沸腾比。设计上应保证偏离泡核沸腾比大于

1。 影响临界热流密度的主要因素有冷却剂流速、压 力和含汽

量等。通常液流中含汽量愈大、流速愈低、则 临界热流密度愈

小。而压力的影响则不是单调的，低压 下，临界热流密度随压

力的增加而增大;高压下，则随 压力的增加而减小。 实验的临

界热流密度数据一般概括成经验公式的 形式，其中的临界热流

密度表示为各种自变t(有时还 有一些因变量)的函数。这些公式

都只在严格规定的各 自变t范围内是最佳的，不推荐外推到这

个范围之外。 例如下述的W一3公式，临界热流密度qcr表示

为 叮。，=3 .154Xlo‘〔(2.022一6.23sxlo一色P) +(0.1722一

1.43xlo一吕P)exp(18.177 一5 .987xlo一’P)苏〕〔(0.1484一

l.596x. +。·1729苏.二})x些瓮黔+1·。37〕 X(1 .157一0.869浓)

〔0.2664 +0.8357exP(一124D。)〕(0.8258 +0.34lX10一8△

H.)FW/mZ 式中p为冷却剂工作压力，Pa;G为冷却剂质t流密

度，kg/(h·m，);从为当t直径，m;不为计算点处 的含汽量;△

月一H一H.。为冷却剂在进口处的欠热焙 差，H.为工作压力下

冷却剂的饱和熔，J/kg;Hln为冷 却剂在进口处的熔，J/kg，F为

格架修正因子。公式的 适用范围为:P=(6.59~15·86)x 10‘pa;G，

(4·88 ~24·41)X lo6kg/(h·mZ);De一(5·08~17·78)X 10一3m;X.

簇o·15;H，。)930·4 X 10，J/kg。 I一n]旧rel旧m一du 临

界热流密度(eritieal heat flux)由泡核 沸腾转变为膜态沸腾时的