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文檔簡介
1、導熱率K是材料本身的固有性能參數(shù),用于描述材料的導熱能力,又稱為熱導率,單位為W/mK。這個特性跟材料本身的大小、形狀、厚度都是沒有關系的,只是跟材料本身的成分有關系。不同成分的導熱率差異較大,導致由不同成分構成的物料的導熱率差異較大。單粒物料的導熱性能好于堆積物料。穩(wěn)態(tài)導熱:導入物體的熱流量等于導出物體的熱流量,物體內部各點溫度不隨時間而變化的導熱過程。非穩(wěn)態(tài)導熱:導入和導出物體的熱流量不相等,物體內任意一點的溫度和熱含量隨時間而變化的導熱過程,也稱為瞬態(tài)導熱過程。導熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側表面的溫差為1度(K,°C),在1秒內,通過1平方米面積傳遞的熱量,用
2、表示,單位為瓦/米·度導熱系數(shù)與材料的組成結構、密度、含水率、溫度等因素有關。非晶體結構、密度較低的材料,導熱系數(shù)較小。材料的含水率、溫度較低時,導熱系數(shù)較小。通常把導熱系數(shù)較低的材料稱為保溫材料(我國國家標準規(guī)定,凡平均溫度不高于350時導熱系數(shù)不大于0.12W/(m·K)的材料稱為保溫材料),而把導熱系數(shù)在0.05瓦/米攝氏度以下的材料稱為高效保溫材料。導熱系數(shù)高的物質有優(yōu)良的導熱性能。在熱流密度和厚度相同時,物質高溫側壁面與低溫側壁面間的溫度差,隨導熱系數(shù)增大而減小。鍋爐爐管在未結水垢時,由于鋼的導熱系數(shù)高,鋼管的內外壁溫差不大。而鋼管內壁溫度又與管中水溫接近,因此,
3、管壁溫度(內外壁溫度平均值)不會很高。但當爐管內壁結水垢時,由于水垢的導熱系數(shù)很小,水垢內外側溫差隨水垢厚度增大而迅速增大,從而把管壁金屬溫度迅速抬高。當水垢厚度達到相當大(一般為13毫米)后,會使爐管管壁溫度超過允許值,造成爐管過熱損壞。 對鍋爐爐墻及管道的保溫材料來講,則要求導熱系數(shù)越低越好。一般常把導熱系數(shù)小于0。8x10的3次方瓦/(米時·攝氏度)的材料稱為保溫材料。例如石棉、珍珠巖等填縫導熱材料有:導熱硅脂、導熱云母片、導熱陶瓷片、導熱矽膠片、導熱雙面膠等。主要作用是填充發(fā)熱功率器件與散熱片之間的縫隙,通常看似很平的兩個面,其實接觸面積不到40%,又因為空氣是不良導熱體,導
4、熱系數(shù)僅有0.03w/m.k,填充縫隙就是用導熱材料填充縫隙間的空氣.傅力葉方程式:Q=KAT/d,R=AT/Q Q: 熱量,W K: 導熱率,W/mk A:接觸面積d: 熱量傳遞距離 T:溫度差 R: 熱阻值將上面兩個公式合并,可以得到 K=d/R。因為K值是不變的,可以看得出熱阻R值,同材料厚度d是成正比的。也就說材料越厚,熱阻越大。但如果仔細看一些導熱材料的資料,會發(fā)現(xiàn)很多導熱材料的熱阻值R,同厚度d并不是完全成正比關系。這是因為導熱材料大都不是單一成分組成,相應會有非線性變化。厚度增加,熱阻值一定會增大,
5、但不一定是完全成正比的線性關系,可能是更陡的曲線關系。實際這是不可能的條件。所以測試并計算出來的熱阻值并不完全是材料本身的熱阻值,應該是材料本身的熱阻值+所謂接觸面熱阻值。因為接觸面的平整度、光滑或者粗糙、以及安裝緊固的壓力大小不同,就會產生不同的接觸面熱阻值,也會得出不同的總熱阻值。所以國際上流行會認可設定一種標準的測試方法和條件,就是在資料上經常會看到的ASTM D5470。這個測試方法會說明進行熱阻測試時候,選用多大的接觸面積A,多大的熱量值Q,以及施加到接觸面的壓力數(shù)值。大家都使用同樣的方法來測試不同的材料,而得出的結果,才有相比較的意義。通過測試得出的熱阻R值,并不完全是真實的熱阻值
6、。物理科學就是這樣,很多參數(shù)是無法真正的量化的,只是一個“模糊”的數(shù)學概念。通過這樣的“模糊”數(shù)據,人們可以將一些數(shù)據量化,而用于實際應用。 此處所說的“模糊” 是數(shù)學術語,“模糊”表示最為接近真實的近似。而同樣道理,根據熱阻值以及厚度,再計算出來的導熱率K值,也并不完全是真正的導熱率值。傅力葉方程式,是一個完全理想化的公式。我們可用來理解導熱材料的原理。但實際應用、熱阻計算是復雜的數(shù)學模型,會有很多的修正公式,來完善所有的環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題。總之:a. 同樣的材料,導熱率是一個不變的數(shù)值,熱阻值是會隨厚度發(fā)生變化的。b. 同樣的材料,厚度越大,可簡單理解為熱量通過材料傳遞出去要走的路程越多,
7、所耗的時間也越多,效能也越差。c. 對于導熱材料,選用合適的導熱率、厚度是對性能有很大關系的。選擇導熱率很高的材料,但是厚度很大,也是性能不夠好的。最理想的選擇是:導熱率高、厚度薄,完美的接觸壓力保證最好的界面接觸。d、使用什么導熱材料給客戶,理論上來講是很困難的一件事情。很難真正的通過一些簡單的數(shù)據,來準確計算出選用何種材料合適。更多的是靠測試和對比,還有經驗。測試能達到產品要求的理想效果,就是最為合適的材料。e、不專業(yè)的用戶,會關注材料的導熱率;專業(yè)的用戶,會關注材料的熱阻值。 導熱系數(shù)導熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側表面的溫差為1度(K,°C),在1小時內,通過
8、1平方米面積傳遞的熱量,單位為瓦/米?度(W/mK,此處的K可用°C代替)。導熱系數(shù)與材料的組成結構、密度、含水率、溫度等因素有關。非晶體結構、密度較低的材料,導熱系數(shù)較小。材料的含水率、溫度較低時,導熱系數(shù)較小。通常把導熱系數(shù)較低的材料稱為保溫材料,而把導熱系數(shù)在0.05瓦/米度以下的材料稱為高效保溫材料。導熱率(熱導率)是反映材料導熱性能的物理量,它不僅是評價材料的熱學特性的依據,而且是材料在應用時的一個設計依據,在加熱器 、散熱器、傳熱管道設計、房屋設計等工程實踐中都要涉及這個參數(shù)。因為材料的熱導率不僅隨溫度、壓力變化,而且材料的雜質含量。結構變化都會明顯影響熱導率的數(shù)值,所以
9、在科學實驗和工程技術中對材料的熱導率常用實驗的方法測定。內容。導熱系數(shù)單位換算千卡/米·時· kcal/(m·h· )卡 / 厘米·秒· cal/(cm·s· )瓦 / 米· KW/(m·K)焦耳 / 厘米·秒· J/(cm·s· )英熱單位 / 英尺·時· Btu/(ft·h· )12.78×10 -31.161.16×10 -20.6723601418.74.1872420.85982.39&
10、#215;10 -3110 -20.57885.980.239100157.81.494.13×10 -31.731.73×10 -21材料名稱導熱系數(shù)W/mK材料名稱導熱系數(shù)W/mK材料名稱導熱系數(shù)W/mK材料名稱導熱系數(shù)W/mK材料名稱導熱系數(shù)W/mKSi150ABS0.25空氣0.010.04導熱硅膠墊0.83SiO27.6PA0.25水蒸汽0.023SIC490PC0.2水0.50.7GaAs46PMMA0.140.2硫酸5250.470.5GaP77PP0.210.26木材(縱向)0.38LTCC2PP+25玻纖0.25木材(橫向)0.140.17AlN150軟質PVC0.14普通粘土磚0.70.8Al2O3藍寶石45硬質PVC0.17耐火磚1.06Kovar17.3PS0.08水泥沙0.91.28鉆石2300LDPE0.33瓷磚1.99金317HDPE0.5石棉0.150.37銀429橡膠0.190.26玄武巖2.18純鋁237PU0.25花崗巖2.63.6純銅401純硅膠0.35石蠟0.12純鋅1
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