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导热系数

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重点内容:

影响导热系数的主要因素;典型工程材料导热系数的数值。

 

一、导热系数(Heat Conductivity

定义式:

导热系数在数值上等于单位温度降度(即lK/m)下,在垂直于热流密度的单位面积上所传导的热流量。导热系数是表征物质导热能力强弱的一个物性参数。

 

二、影响因素

包括:物质的种类及性质、温度、压力、密度以及湿度

各种物质的导热系数相差很大,其根本原因在于不同的物质其导热机理存在着差异。一般而言,金属的导热系数最大,非金属和液体次之,气体的导热系数最小。导热系数越大,说明其导热性能越好。由图中可以看出,各类物质导热系数的一般大小顺序。

现行国家标准(GB 4272—92)规定,平均温度在350℃以下时导热系数低于0.12时,这种材料称为保温材料。

同一种物质的导热系数也会因其状态的不同而改变,因而导热系数是物质温度和压力的函数。由于物质温度和压力的高低直接反映物质分子的密集程度和热运动的强弱程度,直接影响着分子的碰撞、晶格的振动和电子的漂移,故物质的导热系数与温度和压力密切相关。见下表。

※非金属材料的导热机理:非金属物质多属于多孔性材料,其内部孔隙部分充满着空气。其导热机理一般是通过材料的实体和孔隙空气两部分热量传递综合作用的结果,如果空隙大到一定程度,也会存在对流换热换热和辐射换热方式。

多孔性材料导热系数的影响因素:多孔材料湿度越大,λ也越大。建筑材料,尤其是保温材料要防潮;多孔材料密度越小即孔隙中空气量越多,材料导热系数越小。但密度也不能过小,否则由于对流换热强度的增大,材料导热系数反而增加。

 

三、典型工程材料导热系数的数值

273K时物质的导热系数

四、导热系数的确定

工程计算采用的各种物质的导热系数的数值都是用专门实验测定出来的。测量方法包括稳态测量方法和非稳态测量方法。物质的导热系数值可以查阅相关文献。

一般把导热系数仅仅视为温度的函数,而且在一定温度范围还可以用一种线性关系来描述,即

 

五、基本要求及例题

主要是加深对影响导热系数主要因素的理解,了解典型工程材料导热系数的数值。

例题1、工程中应用多孔性材料作保温隔热,使用时应注意什么问题?为什么?

答:应注意防潮。保温材料的一个共同特点是它们经常呈多孔状,或者具有纤维结构,其中的热量传递是导热、对流换热、热辐射三种传热机理联合作用的综合过程。如果保温材料受潮,水分将替代孔隙中的空气,这样不仅水分的导热系数高于空气,而且对流换热强度大幅度增加,这样材料保温性能会急剧下降。

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