材料的热传导(材料物理性能).ppt

非晶体 晶体与非晶体 0 T(K) ? 400－600K 600－900K 0 T(K) ? · · 说明： ? 非晶体的声子导热系数 在所有温度下都比晶体小； ? 两者在高温下比较接近； ? 两者曲线的重大区别在于晶体有一峰值。 玻璃的导热主要由热容与温度的关系决定，在更高温度以上则需考虑光子导热的贡献。 非晶体导热系数曲线 导热系数曲线出现一条与横坐标接近平行的直线，相当于图中的Fg段。 如果考虑此时光子导热在总的导热中的贡献已开始增大，则为图中的 Fg′段。 ③高温以上(超过900K):随着温度的进一步升高，声子导热变化仍不大，相当于图中的gh段。 由于光子的平均自由程明显增大，光子导热系数λr 将随温度的三次方增大。相当于图中的g′h′段。 非晶体导热系数曲线 晶体和非晶体材料的导热系数曲线 几种不同组分玻璃的导热系数曲线 1.钠玻璃；2.熔融SiO2； 3．耐热玻璃；4．铅玻璃 体积分数较小相为连续相（如液相） 两相材料的相分布模型 层状模型 体积分数较大的相为连续相 取决于每一相的热导率和热流方向： 热流的方向平行于各层，两相的温度梯度相同，则平行系统的热阻率的倒数等于各层热阻率的倒数之和：λ=V1 λ1+V2 λ2 当两相的热导率相差很大时，热主要由传热较好的相传递 ：λ=V1 λ1 当热流方向与平行层垂直时，通过所有各层的热流密度相同，但每一相中的温度梯度不同，总热阻率由各项热阻率的加权平均给出，即1 /λ=V1 /λ1+V2/ λ2 系统的热导率几乎只取决于导热较差的相，当第一相导热差时：1 /λ=V1 /λ1 1－V1 1－(λ2 / λ1) (2λ2 / λ1)+1 1+2V1 1－(λ2 / λ1) (2λ2 / λ1)+1 1－V1 λ= λ2 λ2 / λ11 1－V1 1+V1/2 λ= λ2 λ2 / λ11 1+2V1 λ= λ2 1．A12O3，BeO和MgO等的λ随温度变化的经验公式 2．玻璃体的λ随温度变化的经验公式 高于773K，其经验方程式如下: 3．某些建筑材料、粘土质耐火砖以及保温砖等的λ随温度变化的经验公式 四．工程材料的热导率 T是热力学温度(K)；A是常数 λ=λ0(1+bt) λ=cT+d c,d为常数 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。 热传导在实际工作中有哪些应用？ 1.热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量自动地从热端传向冷端的现象称为热传导。 2.稳定传热状态传热公式 稳定传热：传热过程中，材料在x方向上各处的温度T是恒定的，与时间无关,△Q/△t是常数。 一、固体材料热传导的宏观规律 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： 式中的常数λ称为热导率(或导热系数)， dT/dx称作x方向上的温度梯度：每单位长度的温度变化。 傅里叶定律，只适用于稳定传热的条件 稳定传热公式： 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 T大具有: 较多的振动模式 较大的振动振幅 较多的声子被激发 较多的声子数 声子的热传导 平衡时： 同样多的振动模式振同样多的振动振幅 同样多的声子被激发 同样多的声子数 dT/dx(温度梯度） Q= -λdT/dx（能流密度）J/s.cm2 单位时间内，通过单位面积的热能. λ------晶体的热导系数J/s.cm℃ 作用于 产生 晶体 光子,电子,声子 金属中：金属中有大量的自由电子，电子的质量很轻，能迅速地实现热量的传递。因此，金属一般都具有较大的热导率。虽然晶格振动对金属导热也有贡献，只是很次要的。 固体材料的热传导主要是由晶格振动的格波（声子）来实现的。高温时还可能有光子传热。金属材料中主要是电子热传导。 非金属晶体中：在非金属晶体以晶格振动为主要的导热机构，晶格振动的格波又分为声频支河光频支。 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