教程/换热

本教程中会着重介绍缺氧中物体换热路径以及换热速率相关的内容。众所周知，缺氧游戏里的物体与物体换热相对比较硬核，属于进阶向内容，萌新难以快速搞清楚物体与物体之间究竟是如何换热的，这里列一个简单的大纲来辅助阅读下面章节的内容。

对于任意两个物体，想要知道这两个物体是否换热以及换热速率，可以按照如下步骤来进行判断：

step1（物体分类）：分别判定两个物体在换热时的分类，参阅换热参与者的分类章节
step2（换热分类）：根据第一步得出的物体分类，判定两个物体的换热路线分类，这部分将决定两物体之间是否换热，参阅换热路线&各路线使用的公式章节
step3（公式计算）：根据第二步得出的换热路线分类，在换热公式章节寻找到路线对应的公式，代入参数并计算每次交换的热量。
step4（检验上下限）：两个物体之间的换热幅度不会过大，更不会因此交换冷热地位，具体参阅换热的上下限（待完善）章节的换热上限部分。
同时，换热进行到某种程度之后就不再发生换热，具体参阅换热的上下限（待完善）章节的换热下限部分。

注：关于热量交换具体实例，可以参阅教程/关于热量分析的讨论页面。

换热参与者的分类

在进行换热时，所有换热参与者大致被分为如下四类：

方格：包括自然方格和人工方格
- 自然方格即方格形式的气体、液体、自然固体方块
- 人工方格即各种砖块、各种接线板和压力板、关闭的气闸等，但是不包括网格砖和透气砖
物品：
- 碎片^[1]（包括在运输轨道上的）
- 网格砖和透气砖
- 建筑（不含管道）的内容物
  大部分建筑的内容物视为判定格处的物品从而参与换热，但是也有一些与外界完全隔热，如金属精炼器的冷却液、玻璃熔炉的熔融玻璃、研究性反应堆内的所有内容物、通电时的冰箱内的内容物等
- 一些生物（除了一些常见动植物，还包括辐射蜂巢和干饭树（即试验体52B）^[2]等）
建筑：除人工方格、网格砖和透气砖、一些不换热建筑（如大部分火箭舱块）之外的建筑
例如：
1. 研究站、电解器等普通建筑图层的建筑；
2. 干板墙、像素屏、变温板等背景墙图层的建筑；
3. 导热板、各种液体管道等液体管道图层的建筑；
4. 各种气体管道图层、电路图层、自动化图层的建筑，等等
管道内容物：
- 各种气体/液体管道的内容物

↑ 自然固体方格内的“掩埋物”与外界绝热，不参与换热。
↑ 辐射蜂巢在换热上视为位处左下角处一格的碎片，干饭树视为最下层中间一格的碎片。

换热路线&各路线使用的公式

在理清各种换热参与者属于哪种分类的基础上，下面的两幅图片展示了缺氧游戏里，连接各个换热参与者的换热路线。

图一除导热板外的物体换热路线^[1]^[2]^[3]

↑ 关于“方格 - 方格”：图中的“相邻方格”指上下左右方向的共四个紧挨着的的相邻方格
↑ 关于“管道 - 管道内容物”：管道只与自己的内容物换热，比如同一格内的液体管道内容物不会与气体管道换热。
↑ 图中的“液体管道/气体管道”不包括管桥，管桥与管道内容物没有直接换热关系。

图二导热板的换热路线^[1]^[2]

↑ 除导热板外，其它建筑与建筑无论重叠与否，均不能直接换热，而是通过其它介质如固体/液体/气体进行间接换热，处于真空即没有介质则不能换热。
↑ 导热板只会和被其“搬运”的管道液体直接换热，如果管道液体只是“路过”导热板的白口或绿口，则不会换热

其中，图一围绕方格展开，展示了除导热板以外的物体换热路线。
从图中可以看出，如果本格不存在固体/液体/气体，也就是真空，相当于抹掉了图中最中心的“方格”，从而可以切断本格内的绝大部分物体换热路线。

图二围绕导热板展开，导热板除了一般建筑所拥有的“方格 - 建筑”换热路线外，其中间格可以不通过任何介质与和其重叠的建筑直接换热；以及虽然和管桥一样不能存储而是只能搬运管道液体，但是导热板却可以在搬运时和管道液体进行一次换热。

每一种换热路线的详细计算方法见下文的“换热公式”部分。

换热公式

游戏内可换热的两者，每 1 个游戏刻（0.2 秒）都会进行一次换热判定。

由上一部分，不同换热路线使用的换热公式也不同。各换热公式的详细计算方式如下：

情形		公式
方格——方格	无隔热砖参与	[math]\displaystyle{ q=\varDelta T\cdot \varDelta t\cdot k_{geom}\cdot s_1\cdot s_2 }[/math]
方格——方格	有隔热砖^[1]参与	[math]\displaystyle{ q=\varDelta T\cdot \varDelta t\cdot k_{lowest}\cdot s_1\cdot s_2 }[/math]
方格——方格内物品		[math]\displaystyle{ q=\varDelta T\cdot \varDelta t\cdot k_{lowest} }[/math]
固体方格——方格上方物品		[math]\displaystyle{ q=\frac{1}{16}\cdot \varDelta T\cdot \varDelta t\cdot k_{lowest} }[/math]
方格——建筑^[2]		[math]\displaystyle{ q=\frac{1}{2}\cdot \varDelta T\cdot \varDelta t\cdot k_1\cdot k_2\cdot \frac{C_{hot}}{A_{hot}} }[/math]
管道—— 管道内容物	普通/导热管道	[math]\displaystyle{ q=\frac{1}{20}\cdot \varDelta T\cdot \varDelta t\cdot k_{average} }[/math]
管道—— 管道内容物	隔热管道	[math]\displaystyle{ q=\frac{1}{20}\cdot \varDelta T\cdot \varDelta t\cdot k_{lowest} }[/math]
导热板中间格——建筑		[math]\displaystyle{ q=5\cdot \varDelta T\cdot \varDelta t\cdot k_1\cdot k_2\cdot C_{hot}\cdot 10^{-6} }[/math]
导热板——管道液体		[math]\displaystyle{ q=\frac{1}{20}\cdot \varDelta T \cdot k_{average} }[/math]

↑ 隔热砖的实际热导率与游戏内所标注的热导率不同，其实际热导率为原材料的（2/255）^2，而不是游戏内的所显示的原材料的 1/100。
↑ 对于部分建筑，其建成后的热导率与所选建造材料热导率有所不同。例如液体/气体导热管道的热导率为原材料的 2 倍，液体/气体隔热管道的热导率为原材料的 1/32，大部分自动化元件（除锁存器、信号线/线组和对应的信号桥外）的热导率为原材料的 1/20 等。

其中，

[math]\displaystyle{ q }[/math]（千复制热）：单次交换的热量
[math]\displaystyle{ \varDelta T }[/math]（°C）：换热双方的温差
[math]\displaystyle{ \varDelta t }[/math]（s）：时间间隔，即一个游戏刻的时间（0.2 秒）
[math]\displaystyle{ k }[/math]（复制热/(m·s·°C) ）：热导率，公式中不同下标的含义如下：
- [math]\displaystyle{ k_1 }[/math]、[math]\displaystyle{ k_2 }[/math]：换热双方各自的热导率
- [math]\displaystyle{ k_{average} }[/math]：换热双方热导率的算术平均值，即[math]\displaystyle{ k_{average}=\frac{k_1+k_2}{2} }[/math]
- [math]\displaystyle{ k_{geom} }[/math]：换热双方热导率的几何平均值，即[math]\displaystyle{ k_{geom}=\sqrt{k_1 \cdot k_2} }[/math]
- [math]\displaystyle{ k_{lowest} }[/math]：换热双方热导率的最小值，即[math]\displaystyle{ k_{lowest}=\min \{k_1 \ ; \ k_2\} }[/math]

针对方格对方格换热，还要考虑表面积乘数：

[math]\displaystyle{ s_1 }[/math]、[math]\displaystyle{ s_2 }[/math]：表面积乘数，换热中的方格要根据另一方格的类型取对应的表面积乘数

不同方格种类的表面积乘数取值如下：

方格的表面积乘数
方格种类	对固体表面积乘数	对液体表面积乘数	对气体表面积乘数
液体	1	25	1
气体	25	1	1
大部分固体	1	1	1
碎冰、雪	1	1	1000
导热质	2	2	2

例：

液体 1 对液体 2 ：因为 2 是液体，所以[math]\displaystyle{ s_1 }[/math]取对液体表面积乘数，即[math]\displaystyle{ s_1=25 }[/math]；同理，[math]\displaystyle{ s_2=25 }[/math];
气体 1 对大部分固体 2：因为 2 是固体，所以[math]\displaystyle{ s_1 }[/math]取对固体表面积乘数，即[math]\displaystyle{ s_1=25 }[/math]；同理，[math]\displaystyle{ s_2=1 }[/math];
大部分固体对大部分固体，大部分固体对液体，液体对气体，气体对气体：[math]\displaystyle{ s_1=1 }[/math]，[math]\displaystyle{ s_2=1 }[/math]。

针对建筑相关的换热，还要考虑较热者的实际热容和占地面积：

[math]\displaystyle{ C_{hot} }[/math]（千复制热/°C）：较热者的实际热容
自然方格的实际热容等于“计算得到的原材料热容”（即属性页里显示的质量与比热容的乘积，下简称材料热容），但是绝大部分建筑和部分人工方格的热容并不等于材料热容。
这不仅体现在热量变化与温度变化的比例关系上，还体现在换热公式里。
- 方格热容：
  - 自然方格的实际热容等于材料热容
  - 大部分人工方格（如各种砖块、关闭的气闸等）的实际热容等于材料热容
  - 喂鱼器、鱼类放生点、运载管道渡口、土培砖与压力板的实际热容等于 1.2 倍的材料热容^[1]
- 建筑热容：
  - 绝大部分建筑（包括导热板）的实际热容等于 0.2 倍的材料热容
  - 打开的气闸也视为建筑而不是方格，它的实际热容等于材料热容
[math]\displaystyle{ A_{hot} }[/math]：较热者的占地面积
- 建筑占地面积^[2]为宽乘高
- 单个实体方块的占地面积为 1

↑ 部分热容数据参考自 b 站知名缺氧 up 主 lich46 的稿件[1]。
↑ 变温板同时与 3*3 内的方格换热，公式中的占地面积也按 3*3 计算，可以说，在方格 - 建筑换热上，变温板完全等同于一个 800 千克的 3*3 建筑。但是变温板只有中间 1*1 范围能和导热板中间格换热。
类似的，蒸汽机在方格 - 建筑换热上完全等同于 5*4 建筑（包含底座砖块），但是只有砖块之上的 5*3 部分能和导热板中间格换热。
冰冷风扇在方格 - 建筑换热上完全等同于 5*2 建筑，但是只有建筑贴图的 2*2 部分能和导热板中间格换热。
油井在方格 - 建筑换热上完全等同于 4*4 建筑，但是只有下方的 4*2 部分能和导热板中间格换热。

换热的上下限（待完善）

待完善内容，每个条件的具体适用范围有待补充，以及有待补充一些原理较为复杂的其它条件。

换热下限

低于换热下限的换热不会发生：

~~温度差小于 1°C~~
~~单次热量变化量小于 0.1 复制热~~
~~热交换对象质量小于 1 克~~

换热上限

热量交换有一个上限：
~~热交换导致的温度变化不会大于温差的 1/4，例：如果温差是 40°C，每游戏刻物体温度变化最多 10°C~~

建筑材料的热属性标签

游戏中有 4 个热属性标签（不含隔热体），当材料的热属性达到一定阈值时，它们就会在材料上显示。这些描述不会进一步影响材料的属性。

热敏感：材料具有小于或等于 0.2 的比热容
升温慢：材料具有大于或等于 1.0 的比热容
热容量：材料的热导率小于或等于 1.0
导热强：材料的热导率大于或等于 10.0
隔热体：由陶瓷、异构树脂或隔热质制作的材料，具有非常好的隔热性。

附录 1：管道列表

液体管道
管道名称	材料	比热容	热导率	熔点/°C
液体管道	砂岩	0.800	2.9	926.9
液体管道	火成岩	1.000	2	1409.9
液体管道	花岗岩	0.790	3.39	668.9
液体管道	沉积岩	0.200	2	926.9
液体管道	黑曜石	0.200	2	2726.9
液体管道	黑钨矿	0.134	15	2926.9
液体管道	钨	0.134	60	3421.9
液体管道	陶瓷	0.840	0.62	1849.9
液体管道	隔热质	5.570	0.00001	3621.9
液体管道	导热质	0.622	220	2676.9
隔热液体管道	砂岩	0.800	0.091	926.9
隔热液体管道	火成岩	1.000	0.063	1409.9
隔热液体管道	花岗岩	0.790	0.106	668.9
隔热液体管道	沉积岩	0.200	0.063	926.9
隔热液体管道	黑曜石	0.200	0.063	2726.9
隔热液体管道	黑钨矿	0.134	0.469	2926.9
隔热液体管道	钨	0.134	1.875	3421.9
隔热液体管道	陶瓷	0.840	0.019	1849.9
隔热液体管道	隔热质	5.570	0.0000003125	3621.9
隔热液体管道	导热质	0.622	6.875	2676.9
导热液体管道	铜	0.385	120	1083.9
导热液体管道	铅	0.128	70	327.5
导热液体管道	钴	0.420	200	1494.9
导热液体管道	铁	0.449	110	1534.9
导热液体管道	铝	0.910	410	660.3
导热液体管道	金	0.129	120	1063.9
导热液体管道	钨	0.134	120	3421.9
导热液体管道	钢	0.490	108	2426.9
导热液体管道	贫铀	1.000	40	132.9
导热液体管道	铌	0.265	108	2476.9
导热液体管道	导热质	0.622	440	2676.9

气体管道
管道名称	材料	热导率
气体管道	砂岩	2.9
气体管道	火成岩	2
气体管道	花岗岩	3.39
气体管道	沉积岩	2
气体管道	黑曜石	2
气体管道	镁铁质岩	1
气体管道	陶瓷	0.62
气体管道	隔热质	0.00001
隔热气体管道	砂岩	0.090625
隔热气体管道	火成岩	0.0625
隔热气体管道	花岗岩	0.1059375
隔热气体管道	沉积岩	0.0625
隔热气体管道	黑曜石	0.0625
隔热气体管道	镁铁质岩	0.03125
隔热气体管道	陶瓷	0.019375
隔热气体管道	隔热质	0.0000003125
导热气体管道	铜矿	9
导热气体管道	铁矿	8
导热气体管道	金汞齐	4
导热气体管道	黄铁矿	9
导热气体管道	黑钨矿	30
导热气体管道	铝矿	41
导热气体管道	钢	108
导热气体管道	铌	108
导热气体管道	导热质	440

附录 2：砖块列表

砖块
砖块名称	材料	热导率	实际热导率^[1]
砖块地毯砖	砂岩	2.900
砖块地毯砖	火成岩	2.000
砖块地毯砖	花岗岩	3.390
砖块地毯砖	沉积岩	2.000
砖块地毯砖	黑曜石	2.000
砖块地毯砖	镁铁质岩	1.000
砖块地毯砖	化石	2.000
砖块地毯砖	陶瓷	0.620
砖块地毯砖	隔热质	0.00001
隔热砖	砂岩	0.029^[2]	0.000178...
隔热砖	火成岩	0.020	0.000123...
隔热砖	花岗岩	0.0339	0.000208...
隔热砖	沉积岩	0.020	0.000123...
隔热砖	黑曜石	0.020	0.000123...
隔热砖	化石	0.020	0.000123...
隔热砖	镁铁质岩	0.01000	0.0000615...
隔热砖	陶瓷	0.00620	0.0000381...
隔热砖	隔热质	0.0000001	0.000000000615...
塑料砖	塑料	0.150
塑料砖	固态粘性凝胶	0.450
窗户砖	钻石	80.000
窗户砖	玻璃	1.110
金属砖	铜	60.000
金属砖	铅	35.000
金属砖	钴	100.000
金属砖	铁	55.000
金属砖	铝	205.000
金属砖	金	60.000
金属砖	钨	60.000
金属砖	钢	54.000
金属砖	贫铀	20.000
金属砖	铌	54.000
金属砖	导热质	220.000