热传导

热传导是指内部能量通过中间空间内相邻颗粒（例如原子、分子、离子或电子）的相互作用从较高温度区域到较低温度区域的流动过程。 此流动过程可视为因颗粒之间的相互作用而导致能量从物质的能量较高颗粒传输至能量较低颗粒。

所有形式的物质都会出现传导：固体、液体、气体和等离子体。 在固体中，热传导因分子在栅格中的振动和自由电子的扩散组合而成。 在气体和液体中，热传导因分子之间的碰撞及其在随机运动期间的扩散而产生。 由于原子之间相对紧密固定的空间关系，固体中的传导较大；而因原子之间的距离较大，流体和气体中传导性较差。

热传导定律也称为傅立叶定律，提供了计算局部热通量的方法。 此定律可用两种等效形式进行表述：

• 积分形式，它将流入或流出体外的能量大小作为整体考虑。
• 微分形式，它考虑局部能量的流率或通量：

  $$\mathbf{\text{q}}″=-k\nabla T$$

  (195)

  在此表达式中， $\mathbf{\text{q}}″$ $[W/m^2]$ 为局部热通量矢量， $k$ $[W/mK]$ 为材料的导热率，而 $\nabla T$ $[K/m]$ 为温度梯度。 材料的导热率可以为温度、压力（对于气体）、空间位置的强函数，且可以显示各向异性行为（也就是说，它随方向而变化并由二阶张量表示）。 表达式中的负号是因为 $k>0$ ，且热量始终从高温度区域移动到低温度区域（如热力学第二定律中定义）。

导热率因材料而异，金属固体导热率最大，非金属固体的导热率较小，液体的导热率非常小，而气体的导热率极小。

执行包括导热传递的模拟的主要目的是确定介质中的温度场，同时考虑到施加在边界上的条件。 热力学第一定律（即能量守恒定律）和傅立叶定律可用于推导出热扩散方程（温度、焓或能量中二阶偏微分方程），该方程可用于计算温度场。 该温度求解可以是稳态求解（仅空间函数，且不随时间变化），也可以是非稳态求解（温度场随空间和时间变化，例如在金属淬火应用中）。