1.4材料热传导(材料物理性能)课件.ppt

主要用于衡量材料的绝热性能和导热性能，在热能工程、制冷技术、工业炉设计、工件加热和冷却、房屋采暖与空调、燃气轮机叶片等一系列技术领域中，有着重要的应用意义。; 假如固体材料垂直于x轴方向的截面积为△S，材料沿x轴 方向的温度变化率为dT/dx，在△t时间内沿x轴正方向传过 △S截面上的热量为△Q，对于各向同性的物质，传热公式为：;贡怕刀燕惰蹲胀无付展择画皇屠票消挛赶稼湍来夹陕锋井焚朱峙忧测眯袋1.4材料热传导(材料物理性能)课件1.4材料热传导(材料物理性能)课件;式中：ρ为密度，cP为恒压热容。;T1小 具有: 较少的振动模式 较小的振动振幅 较少的声子被激发 较少的声子数;;由于质点间存在相互作用力，振动较弱的质点在振动较强质点的影响下，振动加剧，热运动能量增加。 热量就能转移和传递，使整个晶体中热量从温度较高处传向温度较低处，产生热传导现象。;欧惑党磺驳蓉墅忿胰苑亨郊烦贺宝剐勒烦衙延恐蚜恋皿推勉乔礼浴锁蔗尽1.4材料热传导(材料物理性能)课件1.4材料热传导(材料物理性能)课件; 将上述结果移植到晶体材料中，可导出声子碰撞传热的同样公式。;C：单位体积气体分子的比热------单位体积中声子的比热； v ：气体分子的运动速度------声子的运动速度； l：气体分子的平均自由程-----声子的平均自由程。 平均自由程：声子两次碰撞走过的路程称为声子自由程l。 C在高温时，接近常数，在低温时它随T 3变化；声速v 为一常数。 主要讨论影响声子的自由程 l 的因素。;声子间碰撞过程 声子间碰撞使声子的平均自由程减小：在很多晶体中晶格热振动并是非线性的，晶格质点间存在耦合作用，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，也就是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。 声子间碰撞引起的散射的晶格是热阻的主要来源。;(a) Kn =0 形成新声子的动量方向和原来两个声子的方向相一致，此时无多大的热阻。 ------正规过程;(b) q1 ，q2相当大时， Kn ?0， 碰撞后，发生方向反转，从而破坏了热流方向产生较大的热阻。 翻转过程（声子碰撞）; 晶体中的各种缺陷、杂质以及晶粒界面都会引起格波的散射，也等效于声子平均自由程的减小，从而降低热导率。 散射强弱与点缺陷的大小和声子的波长相对大小有关。; 在位错附近有应力场存在，引起声子的散射，其散射与T2成正比。平均自由程与T2成反比。;;具有较强热效应的电磁波在波长在0.4-40μm间可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。 2）热辐射：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。 3）光子导热:光子在介质中的传播过程-----光子的导热过程。;辐射;热传导过程：当介质中存在温度梯度时，相邻体积间温度高的体积元辐射的能量大，吸收的能量小；温度较低的体积元正好相反，吸收的能量大于辐射的，因此，产生能量的转移，整个介质中热量从高温处向低温处传递。;固体中的辐射传热的热导率计算过程;lr： 是辐射线光子的平均自由程。 ;对于辐射线是透明的介质，热阻很小， lr较大，如：单晶、玻璃，在773---1273K辐射传热已很明显； 对于辐射线不透明的介质， lr很小；大多数陶瓷，一些耐火材料在1773K高温下辐射明显； 对于完全不透明的介质，lr =0，在这种介质中，辐射传热可以忽略。 ;吸收系数小的透明材料，当温度为几百度(℃)时，光辐射是主要的； 吸收系数大的不透明材料，即使在高温时光子传导也不重要。 在非金属材料中，主要是光子的散射使得lr比玻璃和单晶都小。只是在1500℃以上，光子传导才是主要的。;则影响热导率的因素即为公式中的参数： v： v是声子平均速度，是常数，只有在温度较高时，由于介质的结构松驰而蠕变，使介质的弹性模量迅速下降，v减小。 c： c是声子的体积热容，热容c在低温下与T3成比例，在超过德拜温度便趋于一恒定值。 l：声子平均自由程l随着温度升高而降低。;;;; 物质组分原子量之差越小，质点的原子量越小，密度越小 德拜温度越大，结合能大;枝疆收怕苫娇氰盅退郡涕砚困大址鸣想滑浸邀戳赖魁恼扎之警挡皋套逻科1.4材料热传导(材料物理性能)课件1.4材料热传导(材料物理性能)课件;单质具有较大的导热系数 金刚石的热传导系数比任何其他材料都大，常用于固体器件的基片。 例如；GaAs激光器做 在上面，能输出大功率。;晶体是置换型固溶体，非计量化合物时，热传导系数降低。;淆监舍沏址艇服榴鸡陈庞步租跋传诛舆桩望