熱平衡方程簡介

其平衡方程式為∶　Q放=Q吸

此方程只適用于絕熱系統(tǒng)內(nèi)的熱交換過程，即無熱量的損失；在交換過程中無熱和功轉(zhuǎn)變問題；而且在初、末狀態(tài)都必須達(dá)到平衡態(tài)。系統(tǒng)放熱，一般是由于溫度降低、凝固、液化及燃料燃燒等過程。而吸熱則是由于溫度升高，熔解及汽化過程而引起的。

簡單來講，熱平衡方程即使溫度不同的物體相互接觸，發(fā)生熱傳遞，高溫物體放熱降溫，低溫物體吸熱升溫，當(dāng)兩個物體的溫度相等，吸熱和放熱結(jié)束，此時物體處于熱平衡狀態(tài)，不考慮熱量損失，即可進(jìn)行熱平衡計算。

如果兩個熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡。

熱平衡定律是熱力學(xué)中的一個基本實驗定律，其重要意義在于它是科學(xué)定義溫度概念的基礎(chǔ)，是用溫度計測量溫度的依據(jù)。在熱力學(xué)中，溫度、內(nèi)能、熵是三個基本的狀態(tài)函數(shù)，內(nèi)能是由熱力學(xué)第一定律確定的；熵是由熱力學(xué)第二定律確定的；而溫度是由熱平衡定律確定的。所以熱平衡定律如第一、第二定律一樣也是熱力學(xué)中的基本實驗定律，其重要性不亞于熱力學(xué)第一、第二定律，但由于人們是在充分認(rèn)識了熱力學(xué)第一、第二定律之后才看出此定律的重要性，故英國著名物理學(xué)家R.H.否勒稱它為熱力學(xué)第零定律。

水熱平衡的基本研究內(nèi)容可分為：水分和熱量各要素之間的關(guān)系；利用水熱關(guān)系資料揭示地理綜合體內(nèi)的物理過程。

關(guān)于水分和熱量各要素之間關(guān)系的研究，可以舉出水熱平衡聯(lián)系方程加以說明。水熱平衡聯(lián)系方程由地表水量平衡方程式和熱量平衡方程式導(dǎo)出。地表水量平衡方程式為：降水(r)=蒸發(fā)（E） 徑流(R) 水分儲量變化(△S)；熱量平衡方程式為：凈輻射(Q)=湍流熱通量(P) 蒸發(fā)耗熱量(LE) 　土壤熱交換量 (A)。在這兩個方程式中都有蒸發(fā)項，因此它們是有聯(lián)系的。

當(dāng)土壤很干燥時,全部降水最終消耗在蒸發(fā)上,徑流系數(shù)R/r（徑流與降水之比值）接近于零，蒸發(fā)系數(shù)E/r（蒸發(fā)與降水之比值）接近于1。土壤的平均干旱程度隨著凈輻射的增加和降水量的減少而增強(qiáng)，則有：當(dāng)Q/Lr（輻射干燥指數(shù)，式中L為蒸發(fā)潛熱）→∞時,R/r→0或E/r→1。隨著Q/Lr比值的減小，E/r將要減小,即有一定量的徑流要產(chǎn)生。而當(dāng)降水量足夠大和凈輻射足夠小時，土壤上層將達(dá)到穩(wěn)定的過濕狀況，此時主要的熱量消耗將是蒸發(fā)，即Q/Lr→0時，LE→Q。這些就是水分、熱量各要素相互之間關(guān)系的一般情況。

最早出現(xiàn)的水熱平衡聯(lián)系方程，是施瑞伯方程：和奧里捷柯普方程：,式中e為自然對數(shù)的底;th為雙曲線正切函數(shù);E為該條件下的最大可能蒸發(fā)量（決定于該地充分濕潤條件下的凈輻射Q,E=Q/L）。將E=Q/L代入奧里捷柯普和施瑞伯方程,并對它們進(jìn)行幾何平均,則有,和三個函數(shù)式,這三個函數(shù)式確定了年平均蒸發(fā)量、降水量、凈輻射之間的水熱平衡依賴關(guān)系。如果從水量平衡方程出發(fā)，考慮多年平均狀況時水分儲量變化為零，還可得到和兩個表示徑流、徑流系數(shù)和降水量、凈輻射的水熱平衡依賴關(guān)系。

蘇聯(lián)學(xué)者М.И.布德科和 А.А.格里戈里耶夫通過全球陸地地理帶和地帶周期律的分析，研究了地理綜合體內(nèi)的物理過程。他們引入輻射干燥指數(shù)，定義為年輻射和以熱量單位表示的降水量之比，發(fā)現(xiàn)輻射干燥指數(shù)等值線和地帶界線的方向相當(dāng)吻合，證明這個指數(shù)對有水分參加的各種自然過程的綜合體的發(fā)展有著決定性意義，特別是對土壤的濕潤性質(zhì)和狀況有著明顯影響，而濕潤情況對地理環(huán)境中所發(fā)生的生物過程和許多非生物過程的性質(zhì)和強(qiáng)度又有直接的關(guān)系。他們同時引入凈輻射到區(qū)域研究,發(fā)現(xiàn)凈輻射在地理帶區(qū)分中具有重要意義,證明凈輻射是大多數(shù)自然過程能量的基本來源。他們把凈輻射和輻射干燥指數(shù)結(jié)合起來，在垂直方向上由低至高對凈輻射分級排列，而在水平方向上把輻射干燥指數(shù)由小至大加以排列，得到了全球陸地的地理帶和地帶的周期系統(tǒng)。

Q放=Q吸。

先找出系統(tǒng)吸收熱量有哪些途徑，再定量分析；然后找出系統(tǒng)放出熱量有哪些途徑，定量分析；最后利用系統(tǒng)熱平衡Q放=Q吸的公式求解系統(tǒng)通過某一途徑吸收或放出的熱量。

熱平衡計算通常在傳熱傳質(zhì)、制冷供暖、鍋爐計算等需要熱工分析的領(lǐng)域都有廣泛使用。