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  • 152.什么是导热系数?
  •      导热系数(亦称热导率)是衡量物质导热能力的物理量,它是指厚度为1m的材料,当其两侧温度差为1℃时,单位时间内在单位面积上所传递的热量。导热系数可用下式表示:

                 λ =

    式中   λ------导热系数[W/(m˙K)]

            Q----通过材料的热量(J);

           δ----材料的厚度(m);

    t1t2----材料两侧的表面温度(℃),t1t2

        A----材料的表面积(m2);

        t----热量通过材料的时间(h)。

       导热系数的单位是:W/(m˙K)

    符号含义:W----热负荷(瓦特),m----长度(米),K-----温度(开尔文)。

    导热系数小于0.23W/(m˙K)的材料称为绝热材料;导热系数小于0.05 W/(m˙K)的材料称为高效保温材料。

    几种材料的导热系数如表1所示。

                              1 几种材料的导热系数 

    材料名称

    导热系数[W/(m˙K)]

    材料名称

    导热系数[W/(m˙K)]

    普通烧结砖

    0.81

    松木

    0.17~0.35

    烧结多孔砖(矩形孔)

    0.469(当量)(孔洞率26%

    烧结空心砖(3大孔)

    0.59(当量)(孔洞率47%

    素混凝土

    1.28~1.51

    钢材

    58.15

    泡沫混凝土

    0.19~0.22

    普通水泥砂浆

    1.1

    花岗石

    3.49

    水(4℃)

    0.58

    膨胀蛭石

    0.1~0.14

    2.3

    膨胀珍珠岩

    0.06~0.07

    密闭的空气

    0.023

     

    由表1可见,水和冰的导热系数分别约为空气的25倍和100倍,而冰的导热系数约为水的4倍。

    烧结砖、砌块的特点是内部具有较多的孔隙,热量通过材料实体和孔隙两部分进行传递。通过实体的部分是靠固体的传导,而通过孔隙的部分是以辐射和其中介质的传导、对流的复杂方式进行的。因此各种材料的导热系数相差很大,而同一种材料还受结构、湿度、温度等因素的影响。

    结构对材料的导热系数影响很大,若结构疏松多孔,则孔隙被气体所充满,气体导热系数远较固体为小,从而降低了导热系数。但是必须注意,细小且封闭的孔隙,才不会引起明显的对流作用,而粗大且连通的孔隙,会因介质对流作用增强,反而使材料的导热能力提高。

    材料潮湿其导热系数将会提高,这不仅是因为空隙中水的导热系数比空气导热系数大,而且因为当水分由高温向低温迁移时也要携带热量,因此湿材料的导热系数比干材料和水的导热系数都要大。例如,干实心砖的λ =0.81 W/(m˙K);水的λ =0.58 W/(m˙K);而湿实心砖的λ =1.0 W/(m˙K)。在空气相对湿度为80%时,砖的体积吸水量约为0.5%,导热系数约增加5%。西欧著名的“波罗顿”砖,最先进的导热系数仅为0.08~0.12 W/(m˙K)

    应该说明的是,由于受成型方法的局限,烧结制品是不匀质的,是各向异性的,这种各向异性表现为多种性能的差异。拿抗压强度来讲,垂直于挤出方向仅为挤出方向的70%左右。

    各向异性对其导热系数也产生了一定的影响。如在烧结多孔(空心)制品中,既有微观的空隙又有宏观的孔洞,比实心制品复杂。为了简化起见,采用了“当量导热系数”这个名词,当量导热系数除考虑孔隙和孔洞类型的影响外,是将热流方向上的材料视作完全匀质的。因为烧结多孔砖或空心砖的各向异性,在测定其导热系数时,首先测定出平行热流方向的导热系数。在计算或测量制品的热阻时,使用的是当量导热系数。

    通常导热系数给出的是在10℃时的数值。在20℃时,烧结砖的导热系数约增加1%。超过600℃后,由于辐射作用而使导热系数有相当大的增加。