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钢铁百科 - 钢之家

导热系数发表评论(0)编辑词条

  导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,℃),在1秒钟内(1S),通过1平方米面积传递的热量,单位为瓦/米·度 (W/(m·K),此处为K可用℃代替)。
  导热系数仅针对存在导热的传热形式,当存在其他形式的热传递形式时,如辐射、对流和传质等多种传热形式时的复合传热关系,该性质通常被称为表观导热系数、显性导热系数或有效导热系数(thermal transmissivity of material)。
  此外,导热系数是针对均质材料而言的,实际情况下,还存在有多孔、多层、多结构、各向异性材料,此种材料获得的导热系数实际上是一种综合导热性能的表现,也称之为平均导热系数。

目录

傅立叶定律编辑本段回目录

  根据傅立叶定律,热导率的定义式为

(图)导热系数导热系数

  其中,x为热流方向。
  qx” 为该方向上的热流密度,W/m^2
   əT/ əx为该方向上的温度梯度,单位是 K/m
  对于各向同性的材料来说,各个方向上的热导率是相同的。

影响因素编辑本段回目录

  不同物质导热系数各不相同;相同物质的导热系数与其的结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。同一物质的含水率低、温度较低时,导热系数较小。一般来说,固体的热导率比液体的大,而液体的又要比气体的大。这种差异很大程度上是由于这两种状态分子间距不同所导致的。现在工程计算上用的系数值都是由专门试验测定出来的。

保温材料编辑本段回目录

  通常把导热系数较低的材料称为保温材料(我国国家标准规定,凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料),而把导热系数在0.05 W/(m.K)以下的材料称为高效保温材料。
  导热系数高的物质有优良的导热性能。在热流密度和厚度相同时,物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差,随导热系数增大而减小。比如:锅炉炉管在未结水垢时,由于钢的导热系数高,钢管的内外壁温差不大。而钢管内壁温度又与管中水温接近,因此,管壁温差(内外壁温度平均值)不会很高。但当炉管内壁结水垢时,由于水垢的导热系数很小,水垢内外侧温差随水垢厚度增大而增大,从而把管壁金属温度迅速抬高。当水垢厚度达到相当大(一般为1~3毫米)后,会使炉管管壁温度超过允许值,造成炉管过热损坏。对锅炉炉墙及管道的保温材料来讲,则要求导热系数越低越好。
  一般常把导热系数小于0.2W/(m·K)的材料称为保温材料。例如石棉、珍珠岩等。

材料热导率编辑本段回目录

  研究方法

  通常,物质的导热系数可以通过理论和实验两种方式来获得。
  理论上,从物质微观结构出发,以量子力学和统计力学为基础,通过研究物质的导热机理,建立导热的物理模型,经过复杂的数学分析和计算可以获得导热系数。但由于理论的适用性受到限制,而且随着新材料的快速增多,人们迄今仍尚未找到足够精确且适用于范围广泛的理论方程,因此对于导热系数实验测试方法和技术的探索,仍是物质导热系数数据的主要来源。
  固体

  固体是由自由电子和原子组成的,原子又被约束在规律排列的晶格中。相应的,热能的传输是由两种作用实现的:自由电子的迁移和晶格的振动波。当视为准粒子现象时,晶格振动子称为声子。纯金属中,电子对导热贡献最大,而在非导体中,声子的贡献起主要作用。

固体温度,℃导热系数λ,W/m·K
300230
1894
100377
熟铁1861
铸铁5348
10033
10057
100412
钢(1%C)1845
船舶用金属30113
青铜 189
不锈钢2016
石墨0151
石棉板500.17
石棉0~1000.15
混凝土0~1001.28
耐火砖 1.04
保温砖0~1000.12~0.21
建筑砖200.69
绒毛毯0~1000.047
棉毛300.05
玻璃301.09
云母500.43
硬橡皮00.15
锯屑200.052
软木300.043
玻璃毛--0.041
85%氧化镁--0.07
TDD(岩棉)保温一体板700.04
TDD(XPS板)保温一体板250.028
TDD(真空绝热)保温一体板250.006
TDD真空绝热保温板250.006
ABS--0.25

  常用的固体导热系数见表1。在所有固体中,金属是最好的导热体。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低。而金属的纯度对导热系数影响很大,如含碳为1%的普通碳钢的导热系数为45W/m ·K ,不锈钢的导热系数仅为16 W/m ·K 。
  液体

  液体分成金属液体和非金属液体两类,前者导热系数较高,后者较低。在非金属液体中,水的导热系数最大,除去水和甘油外,绝大多数液体的导热系数随温度升高而略有减小。一般来说,溶液的导热系数低于纯液体的导热系数。

液体 温度,℃导热系数λ,W/m·K
醋酸50%200.35
丙酮 300.17
苯胺 0~200.17
 300.16
氯化钙盐水30%300.55
乙醇80%200.24
甘油60%200.38
甘油40%200.45
正庚烷 300.14
水银 288.36
硫酸90%300.36
硫酸60%300.43
 300.62

  气体

  气体的导热系数随温度升高而增大。在通常的压力范围内,其导热系数随压力变化很小,只有在压力大于196200kN/m^2 ,或压力小于2.67 kN/m 2 (20mmHg) 时,导热系数才随压力的增加而加大。故工程计算中常可忽略压力对气体导热系数的影响。

气体温度,℃导热系数λ,W/m·K
00.17
二氧化碳00.015
空气00.024
空气1000.031
甲烷00.029
水蒸汽1000.025
00.024
乙烯00.017
00.024
乙烷00.018

  气体的导热系数很小,故对导热不利,但对保温有利。

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