热流密度

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

单位表面积、单位时间内所传出的热t。它是反应堆热工水力设

计中的一个限制t，即不允许热流密度达到或过分接近临界热流

密度，以防发生嫩料元件的过热或烧毁。图中给出沸腾工况下

的热流与温压的关系.由图可见，在a一b段，随粉热流密度的

增加，壁温逐渐升高。

......

影响热流密度（强度）的因素有哪些

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t1--表示冷表面的温度d--表示材料

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

t1--表示冷表面的温度

d--表示材料厚度

热流密度大，初生坯壳增长太快，会增加振痕... 3m/min，弯月面处的热流密度；普通结晶器2MMW/m2，热顶结晶器0.5MMW/m2。热流量

热流量是一定面积的物体两侧存在温差时，单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量。通过物体的热流量与两侧温度差成正比，与厚度成反比，并与材料的导热性能有关。单位面积的热流量为热流通量。稳态导热通过物体热流通量不随时间改变，其内部不存在热量的蓄积；不稳态导热通过物体的热流通量与内部温度分布随时间而变化。

记为：Φ；

单位：瓦特（W）。

热流量可以理解为流量的变化率，Φ=KrAΔT

其中Kr为传热系数，A为物体的表面积，ΔT为物体两侧的温差。

热流计

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概述

热流计的构成

热流计的应用

热流计的发展进程

热流计的校准

热流计测量精度的影响因素

热流计选型指南

常见热传导测试用热流计比较

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概述