第二章 温度、热量与能量（二）---热量
2.2 热量（Heat）
2.2.1 定义
热量（Heat）是由于温度差而发生传递的能量。
这里有两个关键词：
能量
传递
因此，热量描述的是能量从一个系统流向另一个系统的过程，而不是某个物体本身所拥有的一种属性。
2.2.2 为什么说"物体里面有很多热量"是不准确的？
例如：
有人会说：
这杯热水里面有很多热量。
实际上，更准确的说法应该是：
这杯热水具有较高的内能（或焓），能够向外界释放热量。
真正储存在物体内部的是：
内能（Internal Energy）
焓（Enthalpy）
而热量只是这些能量发生转移时的名称。
2.2.3 热量为什么一定伴随着温度差？
根据热力学第二定律：
热量总是自发地从高温物体传向低温物体。
例如：
100 ℃ 热水 │ │ Heat ▼ 20 ℃ 空气热量不断传递。
最终：
60 ℃ 水 60 ℃ 空气达到热平衡。
如果两者温度本来就是：
50 ℃ 和 50 ℃
那么：
即使它们接触，也不会发生净热量传递。
因此：
温度差是热量传递的驱动力。
2.2.4 热量有哪些传递方式？
工程中，热量主要有三种传递方式。
（1）导热（Conduction）
热量通过物体内部或接触面传递，而物质本身几乎不发生宏观移动。
例如：
金属勺放入热汤后，勺柄变热；
芯片中的热量传到散热器。
（2）对流（Convection）
热量随着流体流动而传递。
例如：
风扇吹走电脑散热器上的热量；
水泵带走电机产生的热量；
冷却液循环降低发动机温度。
（3）辐射（Radiation）
热量以电磁波的形式传播，不需要介质。
例如：
太阳向地球传递能量；
高温炉壁向周围辐射热量。
2.2.5 热量如何计算？
对于没有相变的情况：
最常见公式为：
其中：
Q：热量（J）
m：质量（kg）
：定压比热（J/(kg·K)）
：温度变化（K）
注意：这个公式只适用于没有发生相变的过程。
如果发生沸腾、冷凝等相变，还需要额外考虑潜热，这将在后续章节介绍。
2.2.6 CFD 中热量体现在哪里？
Fluent并非直接求解温度，而是关注热量如何在计算域内传递。
例如：
一块被加热的金属：
热源 │ ▼ 固体导热 │ ▼ 流体对流 │ ▼ 出口带走热量Fluent 需要计算：
每秒进入多少热量；
每秒流走多少热量；
每个单元储存多少能量；
是否满足能量守恒。
因此：
能量方程本质上就是：
计算热量在整个计算域中的收支平衡。
2.2.7 Fluent视角
在 Fluent 中，与热量有关的边界条件有：
Heat Flux（热流密度）：规定单位面积传递多少热量。
Wall Temperature（壁面温度）：规定壁面保持某一温度，由软件计算热量大小。
Heat Generation（体积热源）：规定单位体积内部产生多少热量，例如电机绕组、电池发热。
Convective Heat Transfer（对流换热）：规定壁面与流体之间对流换热能力和环境温度，由软件计算壁面热流密度和壁面温度（随着内部换热情况自动收敛到一个平衡值）。
四种边界条件的区别：
| 边界条件 | 已知量 | 求解 |
| Heat Flux | 热流密度 q | 壁面温度 T_wall |
| Wall Temperature | 壁面温度 T_wall | 热流密度 q |
| Heat Generation | 体积热源 q_v | 温度场分布 |
| Convective Heat Transfer | 换热系数h、环境温度T∞ | 热流密度 q 和壁面温度 T_wall |
选择哪一种边界条件，取决于工程中已知的是温度还是热量。
2.2.8 本节小结
热量是由于温度差而发生传递的能量，本质上描述的是一个过程，而不是一种物体属性。
物体内部储存的是内能或焓，而不是热量。
热量传递有三种基本方式：导热、对流和辐射。
CFD 中求解能量方程的目的，是计算热量在整个计算域中的传递与守恒。
Fluent 中的热边界条件（Heat Flux、Heat Generation、Wall Temperature 等）本质上都是对热量传递方式或边界条件的描述。