التدفق الحراري

في الفيزياء والهندسة ، يُعرف التدفق الحراري ، أو التدفق الحراري ، والذي يُشار إليه أحيانًا بكثافة التدفق الحراري ^{[ 1 ]} ، أو كثافة التدفق الحراري ، أو شدة معدل التدفق الحراري ، بأنه تدفق الطاقة لكل وحدة مساحة في وحدة الزمن . ووحدته في النظام الدولي للوحدات هي واط لكل متر مربع (واط/م² ⁾ . وله اتجاه ومقدار، لذا فهو كمية متجهة . ولتحديد التدفق الحراري عند نقطة معينة في الفضاء، نأخذ الحالة الحدية حيث يصبح حجم السطح صغيرًا جدًا.

يُشار غالبًا إلى تدفق الحرارة بـ${\displaystyle {\vec {\phi }}_{\mathrm {q} }}$يشير الرمز السفلي q إلى تدفق الحرارة ، على عكس تدفق الكتلة أو الزخم . ويُعد قانون فورييه تطبيقًا مهمًا لهذه المفاهيم.

بالنسبة لمعظم المواد الصلبة في الظروف العادية، يتم نقل الحرارة بشكل رئيسي عن طريق التوصيل ، ويتم وصف تدفق الحرارة بشكل كافٍ بواسطة قانون فورييه.

امتداد متعدد الأبعاد

الحالة متعددة الأبعاد مماثلة، حيث ينخفض ​​تدفق الحرارة وبالتالي يكون لتدرج درجة الحرارة إشارة سالبة:

$${\displaystyle {\vec {\phi}} _ {\mathrm {q} }=-k\nabla T}$$ أين${\displaystyle {\nabla }}$هو عامل التدرج .

يمكن إجراء قياس التدفق الحراري بعدة طرق مختلفة.

تُعدّ موازنة الطاقة إحدى الأدوات الأساسية في ترسانة العلماء والمهندسين . ويمكن تطبيق هذه الموازنة على أي نظام فيزيائي، بدءًا من المفاعلات الكيميائية وصولًا إلى الكائنات الحية، وعادةً ما تتخذ الشكل التالي

${\displaystyle {\big .}{\frac {\partial E_{\mathrm {in} }}{\partial t}}-{\frac {\partial E_{\mathrm {out} }}{\partial t}}-{\frac {\partial E_{\mathrm {accumulated} }}{\partial t}}=0}$

أين الثلاثة${\displaystyle {\big .}{\frac {\partial E}{\partial t}}}$تشير المصطلحات إلى معدل التغير الزمني لكل من إجمالي كمية الطاقة الواردة، وإجمالي كمية الطاقة الصادرة، وإجمالي كمية الطاقة المتراكمة.

الآن، إذا كانت الطريقة الوحيدة التي يتبادل بها النظام الطاقة مع محيطه هي من خلال انتقال الحرارة، فيمكن استخدام معدل الحرارة لحساب توازن الطاقة، لأن

${\displaystyle {\frac {\partial E_{\mathrm {in} }}{\partial t}}-{\frac {\partial E_{\mathrm {out} }}{\partial t}}=\oint _{S}{\vec {\phi }}_{\mathrm {q} }\cdot \,\mathrm {d} {\vec {S}}}$

حيث قمنا بدمج تدفق الحرارة${\displaystyle {\vec {\phi }}_{\mathrm {q} }}$على السطح${\displaystyle S}$من النظام.

في التطبيقات الواقعية، لا يمكن معرفة التدفق الحراري الدقيق عند كل نقطة على السطح، ولكن يمكن استخدام مخططات التقريب لحساب التكامل، على سبيل المثال تكامل مونت كارلو .

• التدفق الإشعاعي
• تدفق الحرارة الكامنة
• معدل تدفق الحرارة
• تشمس
• مستشعر تدفق الحرارة
• التوصيل الحراري النسبي