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1、導(dǎo)熱率K是材料本身的固有性能參數(shù),用于描述材料的導(dǎo)熱能力,又稱為熱導(dǎo)率,單位為W/mK。這個(gè)特性跟材料本身的大小、形狀、厚度都是沒有關(guān)系的,只是跟材料本身的成分有關(guān)系。不同成分的導(dǎo)熱率差異較大,導(dǎo)致由不同成分構(gòu)成的物料的導(dǎo)熱率差異較大。單粒物料的導(dǎo)熱性能好于堆積物料。穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱:導(dǎo)入物體的熱流量等于導(dǎo)出物體的熱流量,物體內(nèi)部各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱過程。非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱:導(dǎo)入和導(dǎo)出物體的熱流量不相等,物體內(nèi)任意一點(diǎn)的溫度和熱含量隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱過程,也稱為瞬態(tài)導(dǎo)熱過程。導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側(cè)表面的溫差為1度(K,°C),在1秒內(nèi),通過1平方米面積傳遞的熱量,用
2、表示,單位為瓦/米·度導(dǎo)熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含水率、溫度等因素有關(guān)。非晶體結(jié)構(gòu)、密度較低的材料,導(dǎo)熱系數(shù)較小。材料的含水率、溫度較低時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)較小。通常把導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料稱為保溫材料(我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,凡平均溫度不高于350時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12W/(m·K)的材料稱為保溫材料),而把導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)高的物質(zhì)有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能。在熱流密度和厚度相同時(shí),物質(zhì)高溫側(cè)壁面與低溫側(cè)壁面間的溫度差,隨導(dǎo)熱系數(shù)增大而減小。鍋爐爐管在未結(jié)水垢時(shí),由于鋼的導(dǎo)熱系數(shù)高,鋼管的內(nèi)外壁溫差不大。而鋼管內(nèi)壁溫度又與管中水溫接近,因此,
3、管壁溫度(內(nèi)外壁溫度平均值)不會(huì)很高。但當(dāng)爐管內(nèi)壁結(jié)水垢時(shí),由于水垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小,水垢內(nèi)外側(cè)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(dāng)水垢厚度達(dá)到相當(dāng)大(一般為13毫米)后,會(huì)使?fàn)t管管壁溫度超過允許值,造成爐管過熱損壞。 對(duì)鍋爐爐墻及管道的保溫材料來講,則要求導(dǎo)熱系數(shù)越低越好。一般常把導(dǎo)熱系數(shù)小于0。8x10的3次方瓦/(米時(shí)·攝氏度)的材料稱為保溫材料。例如石棉、珍珠巖等填縫導(dǎo)熱材料有:導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱云母片、導(dǎo)熱陶瓷片、導(dǎo)熱矽膠片、導(dǎo)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(gè)面,其實(shí)接觸面積不到40%,又因?yàn)榭諝馐遣涣紝?dǎo)熱體,導(dǎo)
4、熱系數(shù)僅有0.03w/m.k,填充縫隙就是用導(dǎo)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(dǎo)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(gè)公式合并,可以得到 K=d/R。因?yàn)镵值是不變的,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(xì)看一些導(dǎo)熱材料的資料,會(huì)發(fā)現(xiàn)很多導(dǎo)熱材料的熱阻值R,同厚度d并不是完全成正比關(guān)系。這是因?yàn)閷?dǎo)熱材料大都不是單一成分組成,相應(yīng)會(huì)有非線性變化。厚度增加,熱阻值一定會(huì)增大,
5、但不一定是完全成正比的線性關(guān)系,可能是更陡的曲線關(guān)系。實(shí)際這是不可能的條件。所以測(cè)試并計(jì)算出來的熱阻值并不完全是材料本身的熱阻值,應(yīng)該是材料本身的熱阻值+所謂接觸面熱阻值。因?yàn)榻佑|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(huì)產(chǎn)生不同的接觸面熱阻值,也會(huì)得出不同的總熱阻值。所以國(guó)際上流行會(huì)認(rèn)可設(shè)定一種標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法和條件,就是在資料上經(jīng)常會(huì)看到的ASTM D5470。這個(gè)測(cè)試方法會(huì)說明進(jìn)行熱阻測(cè)試時(shí)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(cè)試不同的材料,而得出的結(jié)果,才有相比較的意義。通過測(cè)試得出的熱阻R值,并不完全是真實(shí)的熱阻值
6、。物理科學(xué)就是這樣,很多參數(shù)是無法真正的量化的,只是一個(gè)“模糊”的數(shù)學(xué)概念。通過這樣的“模糊”數(shù)據(jù),人們可以將一些數(shù)據(jù)量化,而用于實(shí)際應(yīng)用。 此處所說的“模糊” 是數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ),“模糊”表示最為接近真實(shí)的近似。而同樣道理,根據(jù)熱阻值以及厚度,再計(jì)算出來的導(dǎo)熱率K值,也并不完全是真正的導(dǎo)熱率值。傅力葉方程式,是一個(gè)完全理想化的公式。我們可用來理解導(dǎo)熱材料的原理。但實(shí)際應(yīng)用、熱阻計(jì)算是復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型,會(huì)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(dǎo)熱率是一個(gè)不變的數(shù)值,熱阻值是會(huì)隨厚度發(fā)生變化的。b. 同樣的材料,厚度越大,可簡(jiǎn)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(shí)間也越多,效能也越差。c. 對(duì)于導(dǎo)熱材料,選用合適的導(dǎo)熱率、厚度是對(duì)性能有很大關(guān)系的。選擇導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(jiǎn)單的數(shù)據(jù),來準(zhǔn)確計(jì)算出選用何種材料合適。更多的是靠測(cè)試和對(duì)比,還有經(jīng)驗(yàn)。測(cè)試能達(dá)到產(chǎn)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(huì)關(guān)注材料的導(dǎo)熱率;專業(yè)的用戶,會(huì)關(guān)注材料的熱阻值。 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側(cè)表面的溫差為1度(K,°C),在1小時(shí)內(nèi),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(dǎo)熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含水率、溫度等因素有關(guān)。非晶體結(jié)構(gòu)、密度較低的材料,導(dǎo)熱系數(shù)較小。材料的含水率、溫度較低時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)較小。通常把導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料稱為保溫材料,而把導(dǎo)熱系數(shù)在0.05瓦/米度以下的材料稱為高效保溫材料。導(dǎo)熱率(熱導(dǎo)率)是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量,它不僅是評(píng)價(jià)材料的熱學(xué)特性的依據(jù),而且是材料在應(yīng)用時(shí)的一個(gè)設(shè)計(jì)依據(jù),在加熱器 、散熱器、傳熱管道設(shè)計(jì)、房屋設(shè)計(jì)等工程實(shí)踐中都要涉及這個(gè)參數(shù)。因?yàn)椴牧系臒釋?dǎo)率不僅隨溫度、壓力變化,而且材料的雜質(zhì)含量。結(jié)構(gòu)變化都會(huì)明顯影響熱導(dǎo)率的數(shù)值,所以在
9、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)中對(duì)材料的熱導(dǎo)率常用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。內(nèi)容。導(dǎo)熱系數(shù)單位換算千卡/米·時(shí)· 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(shí)· 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(dǎo)熱系數(shù)W/mK材料名稱導(dǎo)熱系數(shù)W/mK材料名稱導(dǎo)熱系數(shù)W/mK材料名稱導(dǎo)熱系數(shù)W/mK材料名稱導(dǎo)熱系數(shù)W/mKSi150ABS0.25空氣0.010.04導(dǎo)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(zhì)P
11、VC0.14普通粘土磚0.70.8Al2O3藍(lán)寶石45硬質(zhì)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112中密度硅膠0.17石油0.14純鈦14.63低密度硅膠0.12瀝青0.7純錫64玻璃0.51.0紙板0.060.14純鉛35玻璃鋼0.40鑄鐵4290純鎳90泡沫0.045不銹鋼17鋼3654FR40.2鑄鋁138147黃銅70183環(huán)氧樹脂0.22.2
12、Al 6061160青銅32153Al 6063201Al 7075130常用材料的導(dǎo)熱系數(shù)表用途材料名稱密度(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.K)窗框銅8900380硅合金鋁2800160黃銅8400120鐵780050不銹鋼790017PVC13900.17硬木7000.18建筑構(gòu)件軟木5000.13UP樹脂玻璃鋼19000.4玻璃碳酸鈣玻璃25001.0有機(jī)玻璃PMMA11800.18聚碳酸脂12000.2熱斷橋聚冼氨尼龍11500.256.6%尼龍,25%玻璃纖維14500.3高密度聚乙烯HD9800.5低密度聚乙烯LD9200.33固體聚丙烯9100.2225%玻纖聚丙烯12000.2
13、5聚亞氨脂樹脂PU12000.25剛性PVC13900.17防雨氯丁橡膠PCP12400.23密封條三元乙丙EPDM11500.25純硅膠12000.35柔性PVC12000.14聚脂馬海毛0.14柔性橡膠泡末60-800.05密封劑剛性聚氨脂PU12000.25固體/熱融異丁烯12000.24聚硫膠17000.4純硅膠12000.35聚異丁烯9300.2聚脂樹脂14000.19硅膠干燥劑7200.13分子篩650-7500.1低密度硅膠泡末7500.12中密度硅膠泡末8200.17金屬導(dǎo)熱系數(shù)表(W/mK)熱傳導(dǎo)系數(shù)的定義為:每單位長(zhǎng)度、每K,可以傳送多少W的能量,單位為W/mK。其中“W”
14、指熱功率單位,“m”代表長(zhǎng)度單位米,而“K”為絕對(duì)溫度單位。該數(shù)值越大說明導(dǎo)熱性能越好。以下是幾種常見金屬的熱傳導(dǎo)系數(shù)表:銀 429銅 401金 317鋁 237鐵 80錫 67鉛 34.8各種物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)!material conductivity K (W/m.K)diamond 鉆石 2300silver 銀 429cooper 銅 401gold 金 317aluminum 鋁 237各物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)物質(zhì) 溫度 導(dǎo)熱系數(shù) 物質(zhì) 溫度 導(dǎo)熱系數(shù)亞麻布 50 0.09 落葉松木 0 0.13木屑 50 0.05 普通松木 45 0.080.11海砂 20 0.03 楊木 100 0.1研碎
15、軟木 20 0.04 膠合板 0 0.125壓縮軟木 20 0.07 纖維素 0 0.46聚苯乙烯 100 0.08 絲 20 0.040.05硫化橡膠 50 0.220.29 爐渣 50 0.84鎳鋁錳合金 0 32.7 硬質(zhì)膠 25 0.18青銅 30 32153 白樺木 30 0.15殷鋼 30 11 橡木 20 0.17康銅 30 20.9 雪松 0 0.095黃銅 20 70183 柏木 20 0.1鎳鉻合金 20 12.3171 普通冕玻璃 20 1石棉 0 0.160.37 石英玻璃 4 1.46紙 12 0.060.13 燧石玻璃 32 0.795皮棉 4.1 0.03 重燧石
16、玻璃 12.5 0.78礦渣棉 0 0.050.14 精制玻璃 12 0.9氈 0.04 汽油 12 0.11蠟 0.04 凡士林 12 0.184紙板 0.14 “天然氣”油 12 0.14皮革 0.180.19 甘油 0 0.276冰 2.22 煤油 100 0.12新下的雪 0.1 蓖麻油 500 0.18填實(shí)了的雪 0.21 橄欖油 0 0.165瓷 1.05 已烷 0 0.152石蠟油 0.123 二氯乙烷 0.147變壓器油 0.128 90%硫酸 0.354石油 0.14 醋酸 18石蠟 0.12 硝基苯 0.159柴油機(jī)燃油 0.12 二硫化碳 0.144瀝青 0.699 甲醇 0.207玄武巖 2.177 四氯化碳 0.106拌石水泥 1.5 三氯甲烷 0.121花崗石 2.683.35 氨氣* 0.022丙銅 0.177 水蒸汽* 0.02350.025苯 0.139 重水蒸汽* 0.072水 0.54 空氣* 0.024聚苯板 0.04 木工板 0.1-0.2重水 0.559 硫化氫* 0.013表2 窗
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