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 |