Пло́тность теплово́го пото́ка (плотность потока тепла; иногда добавляется: поверхностная) — физическая величина, характеризующая интенсивность теплообмена и равная количеству тепловой энергии, проходящему в единицу времени через единицу площади: , где — единичный вектор в направлении переноса энергии. В системе СИ измеряется в Дж/(м2с) или, что то же самое, в Вт/м2. Обозначается буквой либо буквой .
Является частным случаем вектора плотности потока энергии в ситуации, когда речь идёт именно о тепловой энергии, а не, допустим, об электромагнитной.
Согласно закону теплопроводности Фурье, в установившемся режиме плотность потока энергии пропорциональна градиенту температуры: . Здесь — коэффициент теплопроводности (Вт/(мК)), — температура. Вектор направлен противоположно вектору , то есть в сторону наиболее сильного убывания температуры.
Если проинтегрировать величину по некоторой поверхности, получится тепловой поток (Дж/с, или Вт): , это стандартная связь потока и его плотности в математике и физике (ср., напр., пару плотность электрического тока и ток). Как правило, в качестве объекта интегрирования выбирают изотермическую поверхность.
В большом числе практических задач рассматривается одномерная система, где все изменения происходят вдоль одного направления, допустим . В таком случае можно пренебречь векторным характером плотности потока и перезаписать соотношения проще: . При пользовании такой формулой для вычислений необходимо располагать значением для соответствующего материала (см. таблицу).
Иногда в литературе допускается синонимизация понятий «плотность теплового потока» и «тепловой поток». При наличии минимального контекста это не влечёт недоразумений, но является терминологической неточностью.
Также иногда вводят объёмную (, Вт/м3) и линейную (, Вт/м) плотности теплового потока. Физический смысл этих величин иной, нежели у , и названия отражают его не самым удачным образом. Величина обозначает объёмную плотность генерации/поглощения тепла, а — погонное изменение теплового потока (при этом, например, для трубы с тепло-/хладо- носителем диаметром действует соотношение ).
Литература А. Б. Мазо Основы теории и методы расчёта теплопередачи // Изд-во КФУ (2013) — см. стр. 9. С. В. Овчинников Введение в теорию теплообмена: теплопроводность в твёрдых телах // Изд-во СГУ (2015) — см. стр. 10-11. В. В. Бухмиров Тепломассообмен // Изд-во ИГЭУ (2014) — см. стр. 19-22.
Категория:Термодинамика Категория:Явления переноса Категория:Теплопередача Категория:Энергия