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影響導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素有哪些？
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發(fā)布日期：[2015-11-30] 共閱[2011]次 |
一、材料類型
隔熱材料（絕熱材料）類型不同，導(dǎo)熱系數(shù)不同。隔熱材料的物質(zhì)構(gòu)成不同，其物理熱性能也就不同；隔熱機(jī)理存有區(qū)別，其導(dǎo)熱性能或?qū)嵯禂?shù)也就各有差異?！ ?br />即使對于同一物質(zhì)構(gòu)成的隔熱材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，或生產(chǎn)的控制工藝不同，導(dǎo)熱系數(shù)的差別有時也很大。對于孔隙率較低的固體隔熱材料，結(jié)晶結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)大，微晶體結(jié)構(gòu)的次之，玻璃體結(jié)構(gòu)的小。但對于孔隙率高的隔熱材料，由于氣體(空氣)對導(dǎo)熱系數(shù)的影響起主要作用，固體部分無論是晶態(tài)結(jié)構(gòu)還是玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，對導(dǎo)熱系數(shù)的影響都不大?！ ?br />二、工作溫度
溫度對各類絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)均有直接影響，溫度提高，材料導(dǎo)熱系數(shù)上升。因?yàn)闇囟壬邥r，材料固體分子的熱運(yùn)動增強(qiáng)，同時材料孔隙中空氣的導(dǎo)熱和孔壁間的輻射作用也有所增加。但這種影響，在溫度為0-50℃范圍內(nèi)并不顯著，只有對處于高溫或負(fù)溫下的材料，才要考慮溫度的影響?！ ?br />三、含濕比率
絕大多數(shù)的保溫絕熱材料都具有多孔結(jié)構(gòu)，容易吸濕。材料吸濕受潮后，其導(dǎo)熱系數(shù)增大。當(dāng)含濕率大于5%-10%時，導(dǎo)熱系數(shù)的增大在多孔材料中表現(xiàn)得為明顯?！ ?br />這是由于當(dāng)材料的孔隙中有了水分(包括水蒸氣)后，孔隙中蒸汽的擴(kuò)散和水分子的運(yùn)動將起主要傳熱作用，而水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣的導(dǎo)熱系數(shù)大20倍左右，故引起其有效導(dǎo)熱系數(shù)的明顯升高。如果孔隙中的水結(jié)成了冰，冰的導(dǎo)熱系數(shù)更大，其結(jié)果使材料的導(dǎo)熱系數(shù)更加增大。所以，非憎水型隔熱材料在應(yīng)用時必須注意防水避潮?！ ?br />四、孔隙特征
在孔隙率相同的條件下，孔隙尺寸越大，導(dǎo)熱系數(shù)越大；互相連通型的孔隙比封閉型孔隙的導(dǎo)熱系數(shù)高，封閉孔隙率越高，則導(dǎo)熱系數(shù)越低?！ ?br />五、容重大小
容重(或比重、密度)是材料氣孔率的直接反映，由于氣相的導(dǎo)熱系數(shù)通常均小于固相導(dǎo)熱系數(shù)，所以保溫隔熱材料往往都具有很高的氣孔率，也即具有較小的容重。一般情況下，增大氣孔率或減少容重都將導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)的下降?！ ?br />但對于表觀密度很小的材料，特別是纖維狀材料(如超細(xì)玻璃纖維)，當(dāng)其表觀密度低于某一極限值時，導(dǎo)熱系數(shù)反而會增大，這是由于孔隙率增大時互相連通的孔隙大大增多，從而使對流作用得以加強(qiáng)。因此這類材料存在一個適合表觀密度，即在這個表觀密度時導(dǎo)熱系數(shù)小。
六、材料粒度
常溫時，松散顆粒型材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著材料粒度的減小而降低。粒度大時，顆粒之間的空隙尺寸增大，其間空氣的導(dǎo)熱系數(shù)必然增大。此外，粒度越小，其導(dǎo)熱系數(shù)受溫度變化的影響越小?！ ?br />七、熱流方向
導(dǎo)熱系數(shù)與熱流方向的關(guān)系，僅僅存在于各向異性的材料中，即在各個方向上構(gòu)造不同的材料中?！ ?br />纖維質(zhì)材料從排列狀態(tài)看，分為方向與熱流向垂直和纖維方向與熱流向平行兩種情況。傳熱方向和纖維方向垂直時的絕熱性能比傳熱方向和纖維方向平行時要好一些。一般情況下纖維保溫材料的纖維排列是后者或接近后者，同樣密度條件下，其導(dǎo)熱系數(shù)要比其它形態(tài)的多孔質(zhì)保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)小得多?！?br /> 對于各向異性的材料(如木材等)，當(dāng)熱流平行于纖維方向時，受到阻力較?。欢怪庇诶w維方向時，受到的阻力較大。以松木為例，當(dāng)熱流垂直于木紋時，導(dǎo)熱系數(shù)為0.17w／(m·K)，平行于木紋時，導(dǎo)熱系數(shù)為0.35W／(m·K)?！ ?br />氣孔質(zhì)材料分為氣泡類固體材料和粒子相互輕微接觸類固體材料兩種。具有大量或無數(shù)多開口氣孔的隔熱材料，由于氣孔連通方向更接近于與傳熱方向平行，因而比具有大量封閉氣孔材料的絕熱性能要差一些?！ ?br />八、填充氣體
隔熱材料中，大部分熱量是從孔隙中的氣體傳導(dǎo)的。因此，隔熱材料的熱導(dǎo)率在很大程度上決定于填充氣體的種類。低溫工程中如果填充氦氣或氫氣，可作為一級近似，認(rèn)為隔熱材料的熱導(dǎo)率與這些氣體的熱導(dǎo)率相當(dāng)，因?yàn)楹夂蜌錃獾臒釋?dǎo)率都比較大。
九、比熱容
熱導(dǎo)率=熱擴(kuò)散系數(shù)×比熱×密度。在熱擴(kuò)散系數(shù)和密度條件相同的情況下，比熱越大，導(dǎo)熱系數(shù)越高?！ ?br />隔熱材料的比熱對于計(jì)算絕熱結(jié)構(gòu)在冷卻與加熱時所需要冷量(或熱量)有關(guān)。在低溫下，所有固體的比熱變化都很大。在常溫常壓下，空氣的質(zhì)量不超過隔熱材料的5%，但隨著溫度的下降，氣體所占的比重越來越大。因此，在計(jì)算常壓下工作的隔熱材料時，應(yīng)當(dāng)考慮這一因素?！ ?br />對于常用隔熱材料而言，上述各項(xiàng)因素中以表觀密度和濕度的影響大。因而在測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)時，必須同時測定材料的表觀密度。至于濕度，對于多數(shù)隔熱材料可取空氣相對濕度為80％一85％時材料的平衡濕度作為參考狀態(tài)，應(yīng)盡可能在這種濕度條件下測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)。 |
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