熱擴(kuò)散率簡介

熱擴(kuò)散率又叫導(dǎo)溫系數(shù)，它表示物體在加熱或冷卻中，溫度趨于均勻一致的能力；相當(dāng)于物體的蓄熱能力，而分子為熱導(dǎo)率，故兩者之比反映了物質(zhì)熱量擴(kuò)散的能力。這個綜合物性參數(shù)對穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱沒有影響，但是在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中，它是一個非常重要的參數(shù)。

熱導(dǎo)率只說明物體傳導(dǎo)熱量速度快慢，雖然水的γ是空氣的22.8倍，但空氣的Cv只是水的1/3483，所以，同體積的空氣比水增溫快得多。表征物體增溫快慢的物理量是熱擴(kuò)散系數(shù)K，也稱導(dǎo)溫率。

熱擴(kuò)散率是指在一定的熱量得失情況下，物體溫度變化快慢的一個物理量，它的大小與物體的熱導(dǎo)率λ成正比與物體的熱容量Cv成反比，單位是m2/s.可用下式表示：

式中，K為熱擴(kuò)散率；γ為熱導(dǎo)率；Cv為容積熱容量。

物體的熱擴(kuò)散率越大，表明熱量由物體表面向深層或者由深層向物體表面的擴(kuò)散的能力越強(qiáng)，溫度變化所及深度越深，各深度的溫度差消除越快，物體的熱擴(kuò)散率越小，則反之。

土壤在一定的熱量得失的情況下，其溫度的變化快慢可由土壤熱擴(kuò)散率來表示。由上式可知，凡影響土壤熱導(dǎo)率和土壤熱容量的因子都影響土壤熱擴(kuò)散率的大小，如土壤有機(jī)質(zhì)的含量、土壤孔隙度的大小及土壤濕度等。但是，土壤熱擴(kuò)散率與土壤濕度的關(guān)系比較復(fù)雜，因為土壤水分含量的變化同時對土壤熱導(dǎo)率和土壤熱容量產(chǎn)生影響，因此土壤熱擴(kuò)散率與土壤濕度并非簡單的線性關(guān)系。根據(jù)試驗和觀測表明，在土壤濕度較小的情況下，隨著土壤濕度的增大土壤熱擴(kuò)散率增加，但當(dāng)土壤濕度超過一定數(shù)值以后，因熱導(dǎo)率的增加不顯著，而熱容量仍隨濕度線性增加，所以土壤熱擴(kuò)散率反而下降了。

對于熱擴(kuò)散率大的土壤，如濕潤的黏土，白天，當(dāng)有太陽輻射能的收人時，它可以很快地將表層得到的熱量傳遞到土壤深層，這樣土壤表層溫度就不會過高；夜間，當(dāng)土壤表面由于地面有效輻射失去熱量時，它又可以把土壤深層的熱量很快傳遞到土壤表層來，使土壤表層的夜間溫度不致太低。因此這種土壤的地面溫度不易出現(xiàn)極端值，即白天地溫過高，夜間地溫又過低。這對作物的生長是非常有利的。相反，如果土壤的熱擴(kuò)散率很小，如干燥的泥炭土，白天，它不易將地表的熱量迅速傳遞到土壤深層，使白天地表溫度過高，夜間，它又不易將土壤深層的熱量傳遞到土壤表面，致使夜間地表面溫度過低。所以這種土壤很容易出現(xiàn)極端溫度，使生長在它上面的作物極易受到凍害或熱害的威脅。

熱擴(kuò)散率的測量采用非穩(wěn)態(tài)法，常用激光脈沖法。儀器的測量原理是：在一個四周絕熱的薄圓片試樣的正面，輻照一束垂直于試樣正面的均勻的激光脈沖，試樣被單面加熱，測出在一維熱流條件下試樣背面的溫升曲線，計算求得熱擴(kuò)散率值。

2017年10月14日，《硬質(zhì)合金熱擴(kuò)散率的測定方法》發(fā)布。

2018年5月1日，《硬質(zhì)合金熱擴(kuò)散率的測定方法》實施。

α=λ/ρc

α稱為熱擴(kuò)散率或熱擴(kuò)散系數(shù)（thermal diffusivity），單位為m²/s。

式中：

λ：導(dǎo)熱系數(shù)，單位W/(m·K)；

ρ：密度，單位Kg/m³；

c：比熱容，單位J/(Kg·K)。

由熱擴(kuò)散率的定義α=λ/ρc 可知：

（1） 物體的導(dǎo)熱系數(shù)λ越大，在相同的溫度梯度下可以傳導(dǎo)更多的熱量。

（2） 分母ρc是單位體積的物體溫度升高1℃所需的熱量。ρc 越小，溫度升高1℃所吸收的熱量越小，可以剩下更多熱量繼續(xù)向物體內(nèi)部傳遞，能使物體各點(diǎn)的溫度更快地隨界面溫度的升高而升高。

熱擴(kuò)散率α是λ與1/ρc兩個因子的結(jié)合。α越大，表示物體內(nèi)部溫度扯平的能力越大，因此而有熱擴(kuò)散率的名稱。這種物理上的意義還可以從另一個角度來加以說明，即從溫度的角度看，α越大，材料中溫度變化傳播得越迅速?？梢姦烈彩遣牧蟼鞑囟茸兓芰Υ笮〉闹笜?biāo)，因而有導(dǎo)溫系數(shù)之稱。