熱流束

物理学および工学において、熱流束または熱流束は、熱流束密度^{[ 1 ]}、熱流密度、または熱流率強度とも呼ばれ、単位面積あたり単位時間あたりのエネルギーの流れです。SI単位はワット毎平方メートル（W/m² ^）です。方向と大きさの両方を持つため、ベクトル量です。空間のある点における熱流束を定義するには、表面のサイズが無限小になる極限の場合を考えます。

熱流束はしばしば次のように表される${\displaystyle {\vec {\phi }}_{\mathrm {q} }}$添え字qは、質量流束や運動量流束ではなく、熱流束を表します。フーリエの法則は、これらの概念の重要な応用例です。

通常の条件下では、ほとんどの固体において熱は主に伝導によって運ばれ、熱流束はフーリエの法則によって適切に記述される。

多次元拡張

多次元の場合も同様で、熱流束は「下向き」になり、したがって温度勾配は負の符号を持つ。

$${\displaystyle {\vec {\phi }}_{\mathrm {q} }=-k\nabla T}$$ どこ${\displaystyle {\nabla }}$は勾配演算子です。

熱流束の測定は、いくつかの異なる方法で行うことができる。

科学者や技術者の道具箱にあるツールの1つに、エネルギーバランスがあります。このようなバランスは、化学反応器から生物まで、あらゆる物理システムに適用でき、一般的に次の形式をとります。

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

3つ${\displaystyle {\big .}{\frac {\partial E}{\partial t}}}$これらの用語は、それぞれ流入エネルギーの総量、流出エネルギーの総量、および蓄積エネルギーの総量の時間変化率を表します。

さて、システムが周囲とエネルギーを交換する唯一の方法が熱伝達によるものである場合、熱伝達率を使用してエネルギーバランスを計算できます。

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

ここで熱流束を積分した${\displaystyle {\vec {\phi }}_{\mathrm {q} }}$表面上${\displaystyle S}$システムの。

実際の応用では、表面上のすべての点における正確な熱流束を知ることはできませんが、モンテカルロ積分などの近似手法を使用して積分を計算することができます。

• 放射束
• 潜熱流束
• 熱流束率
• 日射量
• 熱流束センサー
• 相対論的熱伝導