热导率

  
  热导率又称导热系数,反映物质的热传导能力。按傅里叶定律,其定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量。  

基本概述

  
热导率测量仪
          热导率测量仪
热导率在数值上等于单位温度梯度下的热通量。因此,热导率λ表征物质导热能力的大小,是物质的物理性质之一。热导率的数值与物质的组成、结构、密度、温度及压强有关。
  热导率的定义式为:
             各种物质的热导率通常用实验方法测定,热导率数值的变化范围很大。一般来说,金属的热导率很大,非金属的固体次之,液体的较小,而气体最小。
  对大多数匀值的固体,λ值与温度大致成线性关系,即:
  式中:
  λ--固体在温度为t℃时的热导率,W/(m·℃);
  λ0--固体在曲℃时的热导率,W/(m2·℃);
  α--常数,又称温度系数,对大多数的金属材料为负值,而大多数非金属材料为正值,1/℃;
  t--温度,℃。
  热传导过程中,物体内不同位置的温度各不相同,因而各热导率也随之而异。在工程计算中,对于各处温度不同的固体,其热导率可以取固体两侧面温度下之λ值的算术平均值,或取两侧面温度的算术平均值下的λ值。
  液态金属的热导率比一般液体要高。在液态金属中,纯钠具有较高的热导率。大多数的液态金属的热导率随温度的升高丽降低。
  在非金属液体中,水的热导率最大。除水和甘油外,绝大多数液体的热导率随温度的升高略有减小。一般说来,纯液体的热导率比其溶液的要大。溶液的热导率在缺乏实验数据时,可按纯液体的λ值进行估算。
  气体的热导率随温度升高而增大。在相当大的压强范围之内,气体的热导率随压强变化甚微。
  气体的热导率很小,对导热不利,但有利于保温。  

影响因素

  各种物质的热导率数值主要靠实验测定,其理论估算是近代物理和物理化学中一个活跃的课题。热导率一般与压力关系不大,但受温度的影响很大。纯金属和大多数液体的热导率随温度的升高而降低,但水例外;非金属和气体的热导率随温度的升高而增大。传热计算时通常取用物料平均温度下的数值。此外,固态物料的热导率还与它的含湿量、结构和孔隙度有关。一般含湿量大的物料热导率大。如干砖的热导率约为0.27W/(m·K)而湿砖热导率为0.87W/(m·K)。物质的密度大,其热导率通常也较大。金属含杂质时热导率降低,合金的热导率比纯金属低。各类物质的热导率〔W/(m·K)〕的大致范围是:金属为50~415,合金为12~120,绝热材料为0.03~0.17,液体为0.17~0.7,气体为0.007~0.17。 

测量方法

  关于导热系数的测量,目前已建立起多种方法,其中,国际上惯用的方法是热线法。使用热线法测量导热系数有多种方法,其中交叉线技术为测量线性热源(热线)的温升,平行线技术则测量与热源隔着一定距离的一定位置上的温升.将热线与热电偶插入两片试样之间,从加热电源接通之时开始测量,得到温升对时间的函数,由此得出试样材料的导热系数。另一种测量方式名为“铂电阻测温技术”或“T(R)技术”,是将热线同时作为热源与温度传感器,通过测量其电阻的变化来得到温升数据。其导热系数的计算方法与交叉线技术相同。