導熱率
W/mK Wm-1K-1
固體是由自由電子和原子組成的,原子又被約束在規律排列的晶格中。相應的,熱能的傳輸是由兩種作用實現的:自由電子的遷移和晶格的振動波。當視為准粒子現象時,晶格振動子稱為聲子。
純金屬中,電子對導熱貢獻最大,而在非導體中,聲子的貢獻起主要作用。
常用的固體導熱係數見表 1。
在所有固體中,金屬是最好的導熱體。純金屬的導熱係數一般隨溫度升高而降低。而金屬的純度對導熱係數影響很大,如含碳為 1% 的普通碳鋼的導熱係數為 45W/m
·K ,不銹鋼的導熱係數僅為 16
W/m ·K 。
表 1 常用固體材料的導熱係數
固體 |
溫度 ℃ |
導熱係數λ W
/ m·K |
石墨烯 |
(4840±440) ~ (5300±480) |
|
金剛石 |
900 ~ 2320 |
|
銀 |
100 |
412 |
銅 |
100 |
377 |
黃金 |
|
318 |
鋁 |
300 |
230 |
青銅 |
|
189 |
石墨 |
0 |
151 |
船舶用金屬 |
30 |
113 |
鎘 |
18 |
94 |
熟鐵 |
18 |
61 |
鎳 |
100 |
57 |
鑄鐵 |
53 |
48 |
鋼(1%C) |
18 |
45 |
鉛 |
100 |
33 |
不銹鋼 |
20 |
16 |
混凝土 |
0~100 |
1.28 |
陶瓷 |
|
1.22 |
|
|
|
玻璃 |
30 |
1.09 |
耐火磚 |
|
1.04 |
建築磚 |
20 |
0.69 |
軟木塞 |
|
0.5 |
雲母 |
50 |
0.43 |
聚乙烯 |
|
0.3 |
ABS |
-- |
0.25 |
尼龍 |
|
0.2 |
石蠟油 |
|
0.2 |
石棉板 |
50 |
0.17 |
石棉 |
0~100 |
0.15 |
硬橡皮 |
0 |
0.15 |
保溫磚 |
0~100 |
0.12~0.21 |
聚苯乙烯 |
|
0.08 |
85%氧化鎂 |
-- |
0.07 |
鋸屑 |
20 |
0.052 |
棉毛 |
30 |
0.05 |
絨毛毯 |
0~100 |
0.047 |
軟木 |
30 |
0.043 |
玻璃毛 |
-- |
0.041 |
TDD(岩棉)保溫一體板 |
70 |
0.04 |
TDD(XPS板)保溫一體板 |
25 |
0.028 |
TDD(真空絕熱)保溫一體板 |
25 |
0.006 |
TDD真空絕熱保溫板 |
25 |
0.006 |
TDD真空絕熱保溫板 |
25 |
0.006 |
ABS |
-- |
0.25 |
液體
液體分成金屬液體和非金屬液體兩類,前者導熱係數較高,後者較低。
在非金屬液體中,水的導熱係數最大,除去水和甘油外,絕大多數液體的導熱係數隨溫度升高而略有減小。
一般來說,溶液的導熱係數低於純液體的導熱係數。
表 2 液體的導熱係數
液體 |
|
溫度 |
導熱係數λ |
℃ |
W/m·K |
||
水銀 |
|
28 |
8.36 |
水 |
|
30 |
0.62 |
氯化鈣鹽水 |
30% |
30 |
0.55 |
甘油 |
40% |
20 |
0.45 |
硫酸 |
60% |
30 |
0.43 |
甘油 |
60% |
20 |
0.38 |
硫酸 |
90% |
30 |
0.36 |
醋酸 |
50% |
20 |
0.35 |
乙醇 |
80% |
20 |
0.24 |
丙酮 |
|
30 |
0.17 |
苯胺 |
|
0~20 |
0.17 |
苯 |
|
30 |
0.16 |
正庚烷 |
|
30 |
0.14 |
氣體
氣體的導熱係數隨溫度升高而增大。在通常的壓力範圍內,其導熱係數隨壓力變化很小,只有在壓力大於196,200kN/m2 ,或壓力小於2.67
kN/m2(20mmHg)時,導熱係數才隨壓力的增加而加大。
故工程計算中常可忽略壓力對氣體導熱係數的影響。
氣體的導熱係數很小,故對導熱不利,但對保溫有利。
常見的幾種氣體的導熱系數值見表3 。
表 3 氣體的導熱係數
氣體 |
溫度 ℃ |
導熱係數λ W/m·K |
空氣 |
100 |
0.031 |
甲烷 |
0 |
0.029 |
水蒸汽 |
100 |
0.025 |
空氣 |
0 |
0.024 |
氮 |
0 |
0.024 |
氧 |
0 |
0.024 |
乙烷 |
0 |
0.018 |
乙烯 |
0 |
0.017 |
二氧化碳 |
0 |
0.015 |
乙烷 |
0 |
0.018 |
保溫材料
一般保溫材料 - 小於 0.2 W/(m·K)
高效保溫材料 - 小於 0.05 W/(m·K)
通常把導熱係數較低的材料稱為保溫材料(國家標準規定,凡平均溫度不高於350℃時導熱係數不大於0.12W/(m·K)的材料稱為保溫材料),而把導熱係數在0.05
W/(m·K)以下的材料稱為高效保溫材料。
導熱係數高的物質有優良的導熱性能。在熱流密度和厚度相同時,物質高溫側壁面與低溫側壁面間的溫度差,隨導熱係數增大而減小。
比如:鍋爐爐管在未結水垢時,由於鋼的導熱係數高,鋼管的內外壁溫差不大。而鋼管內壁溫度又與管中水溫接近,因此,管壁溫差(內外壁溫度平均值)不會很高。
但當爐管內壁結水垢時,由於水垢的導熱係數很小,水垢內外側溫差隨水垢厚度增大而增大,從而把管壁金屬溫度迅速抬高。
當水垢厚度達到相當大(一般為1~3毫米)後,會使爐管管壁溫度超過允許值,造成爐管過熱損壞。
對鍋爐爐牆及管道的保溫材料來講,則要求導熱係數越低越好。
一般常把導熱係數小於0.2W/(m·K)的材料稱為保溫材料。
例如石棉、珍珠岩等。