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导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,°C),在1秒内,通过1平方米面积传递的热量,用λ表示,单位为瓦/(米度),w/(mk)(W/mK,此处的K可用℃代替)。
我国国家标准把导热系数较低的材料称为保温材料(国家标准规定:凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(mK)的材料称为保温材料),而把导热系数在0.05瓦/米摄氏度以下的材料称为GX保温材料。
导热系数高的物质有优良的导热性能。在热流密度和厚度相同时,物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差,随导热系数增大而减小。锅炉炉管在未结水垢时,由于钢的导热系数高,钢管的内外壁温差不大。而钢管内壁温度又与管中水温接近,因此,管壁温差(内外壁温度平均值)不会很高。但当炉管内壁结水垢时,由于水垢的导热系数很小,水垢内外侧温差随水垢厚度增大而迅速增大,从而把管壁金属温度迅速抬高。当水垢厚度达到相当大(一般为1~3毫米)后,会使炉管管壁温度超过允许值,造成炉管过热损坏。 对锅炉炉墙及管道的保温材料来讲,则要求导热系数越低越好。一般常把导热系数小于0.2mW/(K)。的材料称为保温材料。例如石棉、珍珠岩等。
一、固体的导热系数
在所有固体中,金属是Z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/mK,不锈钢的导热系数仅为16W/mK。
常用固体材料的导热系数如下:
固体
温度,℃
导热系数λ,W/mK
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
[1]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
二、液体的导热系数
液体分成金属液体和非液体两类,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Zda,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/mK
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
三、气体的导热系数
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2.67kN/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/mK
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
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