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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,°C),在1小时内,通过1平方米面积传递的热量,用k表示,单位为瓦/(米·度),w/(m·k)(W/m·K,此处的K可用℃代替)。

傅立叶定律

根据傅立叶定律,热导率的定义式为
其中,x为热流方向。
为该方向上的热流密度,W/m^2
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

导热系数与材料的组成、结构、密度含水率温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料,导热系数较小。 材料的含水率低、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。——“斜体加粗的地方,是针对什么材料,温度较低时,导热系数较小,这和下一Part矛盾”

保温材料

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

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。
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 。
表1 常用固体材料的导热系数
固体
温度,℃
导热系数λ,W/m·K
300
230
18
94
100
377
熟铁
18
61
铸铁
53
48
100
33
100
57
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
0.050
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
--
0.070
TDD(岩棉)保温一体板
70
0.040
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

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。表2列出了几种液体的导热系数值。
表 2 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

  
30
0.17

  
0~20
0.17

  
30
0.16
氯化钙盐水
30%
30
0.55
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
90%
30
0.36
硫酸
60%
30
0.43

  
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。
气体的导热系数很小,故对导热不利,但对保温有利。常见的几种气体的导热系数值见表3 。
表 3 气体的导热系数
气体
温度,℃
导热系数λ,W/m·K
0
0.17
0
0.015
空气
0
0.024
空气
100
0.031
0
0.029
水蒸汽
100
0.025
0
0.024
0
0.017
0
0.024
0
0.018
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- 来自原声例句
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