主要区别——对流与传导

对流和传导都是传热机制。对流和传导的主要区别在于，在对流中，热量通过物质的质量流传递，而在传导中，热量通过组成物质的粒子碰撞传递。

什么是传导(conduction)？

组成物质的粒子总是在运动。当温度升高时，粒子具有较大的动能，因此它们以较大的振幅振动。在传导过程中，振动的粒子撞击相邻的粒子，将能量传递给该粒子。这个粒子现在以更大的振幅振动，它可以与另一个相邻的原子碰撞，给它能量。这种能量传递过程可以从物体的一端持续到另一端。由于粒子动能的增加在物理上表现为温度的增加，因此粒子动能沿物体的逐渐增加伴随着温度沿物体的逐渐增加。这种由于粒子碰撞而传递热量的过程称为传导。

The ability of a material to transfer heat via conduction is characterised by its conductivity. The rate of heat transfer,  or the heat current, between two objects having a temperature difference of  is given by

where   and are the cross-sectional area and the length of the conductor transferring heat respectively. The letter   is the thermal conductivity, measured in units of W m-1 K-1.

从方程中可以看出，传热速率与温差和导体截面积成正比，与导体长度成反比。导热系数的大小取决于材料的微观性质。金属是良好的热导体，因为它们含有大量的自由电子，可以自由碰撞来传递能量。同时，形成晶格的离子围绕固定位置振动，也碰撞和传递热量。然而，自由电子负责金属中的大部分热传递。

什么是对流(convection)？

对流是通过物质的质量流在物质中进行传热的机制。在这里，为了传递热量，材料本身的一部分会移动，也就是说，材料内部有质量的传递。通常，对流发生在流体中。然而，对流效应有时可以在固体中看到，如板块构造的情况。下图显示了从一杯咖啡中冒出的蒸汽形成的对流漩涡模式：

Convection currents starting to form in steam rising from a cup of hot liquid

Convection is a complex process and there is no simple equation that fully describes it. However, we can make use of an approximation for cases where a fluid is heated using a solid surface. For these cases, the heat transfer rate  is given by,

where  is the surface area that heat is transferred through,  is the temperature of the solid,  is the temperature of air.  is known as the convective heat transfer coefficient. This coefficient depends on a number of properties including the density, viscosity, and the flow rate of the fluid. The unit for convective heat transfer coefficient is W m-2 K-1.

注意，通过对流传热的流体也通过传导传热。如果传导非常有效，就可以阻止对流的形成，阻碍对流换热。通过计算一个称为Rayleigh数的数值，可以发现流体的主要传热机制是传导还是对流。

下图说明了三种类型的传热机制中的每一种都占主导地位的情况。

Difference between the three main heat transfer mechani**s illustrated: the difference between convection and radiation was covered in another article.

对流(convection)和传导(conduction)的区别

机制

在振动粒子碰撞过程中，传导通过动能的传递来传递热量。

对流通过移动构成物质的粒子来传递热量。

材料

传导通常是固体传热的主要机制。

对流是流体传热的主要机制。

Image Courtesy

“Convection” by Rebecca Siegel (Own work) [CC BY 2.0], via flickr

“ไทย: http://www.roasterproject.com/2010/01/heat-transfer-the-basics/“由Kmecfiunit（自己的作品）[CC by-SA 3.0]，通过Wikimedia Comm***