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。

　　根据傅立叶定律，热导率的定义式为

　　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。

　　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。

　　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。

　　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
铝	300	230
镉	18	94
铜	100	377
熟铁	18	61
铸铁	53	48
铅	100	33
镍	100	57
银	100	412
钢(1%C)	18	45
船舶用金属	30	113
青铜		189
不锈钢	20	16
石墨	0	151
石棉板	50	0.17
石棉	0~100	0.15
混凝土	0~100	1.28
耐火砖		1.04
保温砖	0~100	0.12~0.21
建筑砖	20	0.69
绒毛毯	0~100	0.047
棉毛	30	0.05
玻璃	30	1.09
云母	50	0.43
硬橡皮	0	0.15
锯屑	20	0.052
软木	30	0.043
玻璃毛	--	0.041
85%氧化镁	--	0.07
TDD(岩棉)保温一体板	70	0.04
TDD(XPS板)保温一体板	25	0.028
TDD(真空绝热)保温一体板	25	0.006
TDD真空绝热保温板	25	0.006
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%	20	0.35
丙酮		30	0.17
苯胺		0~20	0.17
苯		30	0.16
氯化钙盐水	30%	30	0.55
乙醇	80%	20	0.24
甘油	60%	20	0.38
甘油	40%	20	0.45
正庚烷		30	0.14
水银		28	8.36
硫酸	90%	30	0.36
硫酸	60%	30	0.43
水		30	0.62

　　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
氢	0	0.17
二氧化碳	0	0.015
空气	0	0.024
空气	100	0.031
甲烷	0	0.029
水蒸汽	100	0.025
氮	0	0.024
乙烯	0	0.017
氧	0	0.024
乙烷	0	0.018

　　气体的导热系数很小，故对导热不利，但对保温有利。