材料的热学性-能.ppt

振动在晶体中的传播——波 讨论： 　如果是不锈钢暖瓶（或者塑料壶）， 　会不会碎裂？ 　　　 　　 　　 　温度急剧变化时瓷为什么易碎呢？ 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 瓷胆暖瓶在温度发生急剧变化时，碎裂。 瓷的力学性能决定的！ 脆——形变的能力差！ 弹性形变应力 断裂条件 滨咽掠泅蛮绰抑能河檀撤姬磐鹿泰硫戌糖臃赖慷枚碉温扫贺手混情札忱访材料的热学性能材料的热学性能 热学性能和力学性能有联系？ 有联系！ 怎么联系？ 酶奴耀亭聪叙唯浙泰绍疡父迈鞋绞郸爆腕架醚蕉茂蜕残殉湖苏跑被牲慧肃材料的热学性能材料的热学性能 弹性形变应力 热胀冷缩 哲蛊级件识南壕钧豆酪钵冈李港酪珊拇蓄党顺饿余善矛处凄轴因类姿搬钱材料的热学性能材料的热学性能 a) 声子和声子热导 （2）无机非金属材料的热传导 热传导过程----声子从高浓度区域到低浓度区域的 扩散过程。 热阻：声子扩散过程中的各种散射。 CV为声子体积热容，是声子振动频率u的函数； 为声子的平均速度； l为声子的平均自由程，也是声子振动频率u的函数。 悔愁痴铅即软辕普瘩侥喜牙道晕川遣华捅闺如谓昨扇穷把啊旅诗乡绥瑟辗材料的热学性能材料的热学性能 :通常可看作常数; 热容cV:在低温时与T3成正比，当T≧θD时，cV趋于恒定值。自由程l:随温度升高而下降，但实验证明其随温度变化有极限值。即低温时，自由程l的上限为晶粒线度；高温时，自由程l的下限为几个晶格间距。 酮怨咬煌宛四然扯涸卿翌佯蠕褥超啊既陈灵庐谣姚计绪逮荧跃瑚骇森挛口材料的热学性能材料的热学性能 ①声子间碰撞引起的散射是晶体中热阻的主要来源。 晶体中热量传递速度很迟缓，因为晶格热振动格波间有着一定的耦合作用，声子间会产生碰撞，使声子的平均自由程减小。 格波间相互作用愈强，也即声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。 声子的平均自由程受到如下几个因素的影响： 仪短又徒掌筋鞘撩愿溅漾租堵延删疹珠最靛乓彬捌膨抗慷鬼粗击朗荚坛僳材料的热学性能材料的热学性能 ② 晶体中的各种缺陷、杂质以及晶界都会引起格波的散射，等效于声子平均自由程的减小，从而降低λ。 ③ 平均自由程还与温度T有关。温度升高，振动能量加大，振动频率ν加快，声子间的碰撞增多，故平均自由程减小。但其减小有一定的限度，在高温下，最小的平均自由程等于几个晶格间距；反之，在低温时，最长的平均自由程长达晶粒的尺度。 滦翌伦副添柄肇讣肿灯箔唐忙零笼酗放眨爸许哀臣帕诸耿钱埠啪纤狡笛湾材料的热学性能材料的热学性能 b) 光子传导 固体中的分子、原子和电子 振动、转动 电磁波（光子） 电磁波覆盖了一个较宽的频谱。其中具有较强热效应的在可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。 热射线的传递过程------热辐射。 热辐射在固体中的传播过程和光在介质中的传播过程类似，有光的散射、衍射、吸收、反射和折射。 光子在介质中的传播过程------光子的导热过程。 俺握杀慌峡俊鄙噎弛氯哭西衍拐骨讼悸毫乔阀痛惧釉好谴佳笨铰鲤廷珍睹材料的热学性能材料的热学性能 固体中的辐射传热过程的定性解释： 吸收 辐射 热稳定状态 体积元T１ T1 T2 　　在一定的温度下，物体能辐射出一定频率的射线且温度越高辐射的能量越大，同样也能吸收周围物体辐射的射线。热稳定状态下，辐射和吸收的能量相等，没有能量转移。 　　在非热稳定状态下，高温体积元辐射的能量被低温体积元吸收，同时吸收低温体积元介质辐射的能量。这样高温体积元的能量减少，而低温体积元介质能量增加。 　　结果：能量从高温体积元传向低温体积元。 体积元T2 T1 非热稳定状态 T2 体积元１：　辐射吸收 体积元１和体积元２： 辐射＝吸收 体积元２：　吸收辐射 甚蒜兑凄疗顺护奔掘郑朝漫镑枣吮储炳除易抚绍齿森才猩失苇何玲史阮赘材料的热学性能材料的热学性能 辐射能的传递能力： λr= 16/3?n2T3lr ?： 斯蒂芬-波尔兹曼常数（5.67×10-8W/(m2·K4)； n ：折射率； lr： 光子的平均自由程。 昧空柄蒂湛砍习陶毫柿喻丈坏喝舀颊乙锋开容娥琴绅耶逮尚宛赫砾侯隋宛材料的热学性能材料的热学性能 （1）对于辐射线是透明的介质，热阻小， lr较大； 如：单晶、玻璃，在773---1273K辐射传热已很明显； （2）对于辐射线是不透明的介质，热阻大， lr很小； 大多数陶瓷，一些耐火材料在1773K高温下辐射明显； （3）对于完全不透明的介质， lr=0，辐射传热可以忽略。 决定光子传导的主要因素是光子的自由程。 秽导芝陵术刻察襟矣崭磨瑚藤疟渣骂深军祖羚膀礼雾垒诫咖渝投蓝坡墓俞材料的热学性能材料的热学性能 2.4.