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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,由于钢的导热系数高,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。 2100433B
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 |
铝 |
300 |
230 |
镉 |
18 |
94 |
铜 |
100 |
377 |
熟铁 |
18 |
61 |
铸铁 |
53 |
48 |
铅 |
100 |
33 |
镍 |
100 |
57 |
银 |
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 |
丙酮 |
30 |
0.17 |
|
苯胺 |
0~20 |
0.17 |
|
苯 |
30 |
0.16 |
|
氯化钙盐水 |
30% |
30 |
0.55 |
乙醇 |
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 |
|
硫酸 |
90% |
30 |
0.36 |
硫酸 |
60% |
30 |
0.43 |
水 |
30 |
0.62 |
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/m2 ,或压力小于2.67 kN/m2(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 |
氢 |
0 |
0.17 |
二氧化碳 |
0 |
0.015 |
空气 |
0 |
0.024 |
空气 |
100 |
0.031 |
甲烷 |
0 |
0.029 |
水蒸汽 |
100 |
0.025 |
氮 |
0 |
0.024 |
乙烯 |
0 |
0.017 |
氧 |
0 |
0.024 |
乙烷 |
0 |
0.018 |
通常,物质的导热系数可以通过理论和实验两种方式来获得。
理论上,从物质微观结构出发,以量子力学和统计力学为基础,通过研究物质的导热机理,建立导热的物理模型,经过复杂的数学分析和计算可以获得导热系数。但由于理论的适用性受到限制,而且随着新材料的快速增多,人们迄今仍尚未找到足够精确且适用于范围广泛的理论方程,因此对于导热系数实验测试方法和技术的探索,仍是物质导热系数数据的主要来源。
导热系数的测试分为动态法和稳态法,稳态法又分为热流计法和防护热板法。考虑到仪器精度以及控温范围,参照GB/T10294-2008标准,采用防护热板法进行测试。
实验仪器如图1所示,包括主体、冷热源控制系统和智能测量仪3部分。
主体由热板、冷板和试件夹紧系统组成。热板包括主加热板、护加热板以及背护加热板3个主要部分。主加热板和护加热板由电阻加热器及智能测量仪控温,背护加热板由精密恒温水槽控温,使3块加热板的温度保持一致。冷板由铝板、半导体制冷体和冷却水套组成,可精确控制冷板温度在设定值。智能测量仪用于整个测试系统的温度测量及控制,以实现全自动的测试。
每种材料各制备3~6个尺寸为30cm×30cm×3~5cm的试件,在不同温度和含湿量下对导热系数进行12~35次测试。测试前先将试件培养至不同的含湿量,然后将试件的各面用4层塑料薄膜包裹起来。薄膜的水蒸气渗透阻Sd > 1.5m,可视为不透气。其厚度和热阻分别为0.0225mm和0.000537m2K/W,均可以忽略。
建筑材料工业干混砂浆产品质量监督检验测试中心给出的ftc相变保温材料的标准导热系数是小于等于0.085,北京巨能兴业生产的检验结果是0.070.
先考虑岩棉所要求达到的强度,从而来确定容重的大致范围,然后根据保温要求确定岩棉厚度。至于导热系数其实是由容重和厚度共同决定的,当然容重越重、厚度越厚防火保温性能越好,但导热系数总体变化不大。岩棉导热系...
我只知道λ-保温材料导热系数按GB 50176-93《民用建筑热工设计规范》附表4.1取值 另一个不太清楚。
不同物质导热系数各不相同;相同物质的导热系数与其的结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。同一物质的含水率低、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。工程计算上用的系数值都是由专门试验测定出来的。
随着温度的升高或含湿量的增大,所测5种典型建筑材料的导热系数都呈增大的趋势。下面从微观机理上对此加以分析。对多孔材料而言,当其受潮后,液态水会替代微孔中原有的空气;而在常温常压下,液态水的导热系数(约为0.59W/(m·K))远大于空气的导热系数(约为0.026W/(m·K)),因此,含湿材料的导热系数会大于干燥材料的导热系数,且含湿量越高,导热系数也越大。若在低温下水分凝结成冰,由于冰的导热系数高达2.2W/(m·K)),因此材料整体的导热系数也将增大。
与受潮带来的影响不同,温度升高会引起分子热运动的加快,促进固体骨架的导热及孔隙内流体的对流传热。此外,孔壁之间的辐射换热也会因为温度的升高而加强。若材料含湿,则温度梯度还可能造成重要影响:温度梯度将形成蒸汽压梯度,使水蒸气从高温侧向低温侧迁移;在特定条件下,水蒸气可能在低温侧发生冷凝,形成的液态水又将在毛细压力的驱动下从低温侧向高温侧迁移。如此循环往复,类似于热管的强化换热作用,使材料表现出来的导热系数明显增大。
根据傅立叶定律,热导率的定义式为
其中,x为热流方向。
对于各向同性的材料来说,各个方向上的热导率是相同的。
热线法测量保温材料的导热系数
热线法测量保温材料的导热系数 李保春 , 董有尔 (山西大学物理实验中心 ,山西 太原 030006) 摘 要 :本文在分析热线法测量导热系数原理的基础上 ,应用热线法测定了几种保温材料不同温度下的导热系数 。 并通过 Origin710对测量结果进行了数据线性拟合 ,可快捷 、精确的获得测量结果 。 关键词 :保温材料 ;导热系数 ;热线法 ;Origin7 10 中图分类号 :TK 124 文献标识码 :A 文章编号 :167224984( 2005) 0620075202 Thermal conductivity measurement of insulating materials by hot2wire technique LI Bao2chun , DONG You2er (Laboratory of Physics,Shanxi University ,Tai
建筑保温材料导热系数的在线测量
建筑保温材料导热系数的在线测量
材料的导热系数是反映材料导热性能的物理量,导热机理在很大程度上取决于它的微观结构,热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关,而且与它的微观结构、温度、 压力及杂质含量相联系。 测量导热系数的方法比较多,但可以归并为两类基本方法:一类是稳态法,另一类是动态法。用稳态法时,先用热源对测试样品进行加热,并在样品内部形成稳定的温度分布,然后进行测量。而在动态法中,待测样品中的温度分布是随时间变化的,例如按周期性变化等。
测试材料的导热系数范围广:0.005~0.5W·m/K。 可以测试材料在不同使用温度下的导热系数:-20~60oC。
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秒内,通过1平方米面积传递的热量,用λ表示,单位为瓦/(米·度),w/(m·k)(W/m·K,此处的K可用℃代替)。
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、温度较低时,导热系数较小。 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瓦/米摄氏度以下的材料称为高效保温材料。2100433B