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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[2184]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(duì)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(shí)也很大。對(duì)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(duì)于孔隙率高的隔熱材料，由于氣體(空氣)對(duì)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(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響都不大。
二、工作溫度
溫度對(duì)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(shí)，材料固體分子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，同時(shí)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(duì)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(shí)，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(dòng)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(shí)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。
但對(duì)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(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)反而會(huì)增大，這是由于孔隙率增大時(shí)互相連通的孔隙大大增多，從而使對(duì)流作用得以加強(qiáng)。因此這類材料存在一個(gè)適合表觀密度，即在這個(gè)表觀密度時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)小。
六、材料粒度
常溫時(shí)，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(shí)，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(gè)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(shí)的絕熱性能比傳熱方向和纖維方向平行時(shí)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。
對(duì)于各向異性的材料(如木材等)，當(dāng)熱流平行于纖維方向時(shí)，受到阻力較??；而垂直于纖維方向時(shí)，受到的阻力較大。以松木為例，當(dāng)熱流垂直于木紋時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.17w／(m·K)，平行于木紋時(shí)，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。
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(jí)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?！ ?br />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(duì)于計(jì)算絕熱結(jié)構(gòu)在冷卻與加熱時(shí)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(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮這一因素。
對(duì)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(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，必須同時(shí)測(cè)定材料的表觀密度。至于濕度，對(duì)于多數(shù)隔熱材料可取空氣相對(duì)濕度為80％一85％時(shí)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(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)。 |
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