热惰性

热惰性（thermal inertia），也称为热惯量，常用于描述在传热过程中观测到的物体温度响应延迟。该现象产生于物体相对于其环境既能存储热量又能传输热量的能力。由于系统组分的构型与传热方式（例如传导、对流、辐射、相变）以及能量存储形式（例如内能、焓、潜热）在不同实例间差异显著，因此不存在对热惰性具有普适适用性的封闭形式数学表达式。

具有较大质量和热容量的实体通常表现出较慢的温度响应。然而，仅以热容量来量化热惰性并不充分。对热惰性的测量还取决于热流在体内与体外的分布情况，需根据系统的边值问题予以判断。

热惰性是内含及外延性质取决于语境。一些作者将其作为一种材料的强度性属性来识别，例如与热逸散率相关联时。也有人根据系统在瞬态传热过程中的时空行为对其作为外延量进行评价。在这种基于测量或数值模拟的空间—时间行为分析中，有时可用一个时间常数作为所选组件或子系统热惰性的简单参数化表示。

描述

File:Thermal wave animation.gif

由阶跃温度边界引起的热脉冲说明了热惰性现象

含有一个或多个大热容量组分的热力学系统表明，在测量或模拟系统行为时必须考虑动力学或瞬态效应。许多在达到平衡点时能产出有效热流和温度估计的稳态计算，并不能提供系统朝向此类稳定或准稳态条件的过渡路径信息。当前可以通过详尽的数值模拟精确评估复杂系统的时空行为。在某些情况下，集总系统分析可用以估算一个热时间常数。

组件的较大热容量<math>C</math>通常意味着达到平衡所需时间更长。过渡速率还与组件的内部传热系数<math>U_i</math>与环境传热系数<math>U_e</math>（参照接口面积 <math>A</math>）共同作用。在遵循牛顿冷却定律且由比值 <math>U_e/U_i</math>（即毕奥数）远小于1表征的条件下，组件温度估算为指数型过渡时的时间常数 <math>\tau</math> 将按 <math>C/(A \cdot U_e)</math> 调整。

对热惰性与其他工程或物理学科中时间行为的类比应谨慎使用。在建筑性能模拟中，热惰性亦称为热飞轮效应，结构质量的热容量可在昼夜热流与温度之间产生滞后，其行为类似于交流驱动下RC电路中电流与电压之间的相位滞后。热惰性与力学中用于质量与速度项的惯性并非直接等同，后者限制物体的加速度。以类似方式，热惰性既可作为质量的热容量量度，也可作为控制物体表面温度的热脉冲传播速率的量度。

热逸散率

对于热传递仅以传导为主的半无限刚性体，其表面的热惰性响应可由材料的“热逸散率”（thermal effusivity，亦称为“热响应性”）<math>r</math>近似表示。热逸散率定义为材料体积热导率与容积热容乘积的平方根，其中后者为密度与比热容的乘积：

<math>r = \sqrt{k \rho c}</math>

• <math>k</math>为热导率，单位W⋅m⁻¹⋅K⁻¹
• <math>\rho</math>为密度，单位kg⋅m⁻³
• <math>c</math>为比热容，单位J⋅kg⁻¹⋅K⁻¹

热逸散率的量纲等同于传热系数乘以时间的平方根：

• 国际单位制（SI）单位为W⋅m⁻²⋅K⁻¹ ⋅s^1/2或 J⋅m⁻²⋅K⁻¹⋅s^−1/2
• 在较早的文献中还非正式地使用名为 kieffers 的非国际单位：Cal⋅cm⁻²⋅K⁻¹⋅s^−1/2

当恒定热流突然施加于一个表面时，<math>r</math>在限制该表面初始动态“热惰性”响应方面的作用近似为：

<math>U_{dyn}(t) \approx \frac{r}{\sqrt{t}}; t > 0</math>

如同刚体的“静态”传热系数<math>U</math>在决定表面稳态温度方面的作用一样。

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