燒結磚的導熱係數

2021-02-13 磚瓦界


導熱係數(亦稱熱導率)是衡量物質導熱能力的物理量,它是指厚度為1m的材料,當其兩側溫度差為1℃時,單位時間內在單位面積上所傳遞的熱量。導熱係數可用下式表示:

λ= Qδ/At(t1-t2)

式中λ——導熱係數[W/(m·K)];

    Q——通過材料的熱量(J);

    δ——材料的厚度(m);

    t1、t2——材料兩側的表面溫度(℃), t1>t2;

    A——材料的表面積(m2);

    t——熱量通過材料的時間(h)。

導熱係數的單位是:W/(m·K)

符號含義:W——熱負荷(瓦特),m——長度(米),K——溫度(開爾文)。

導熱係數小於0.23W/(m·K)的材料稱為絕熱材料;導熱係數小於0.05W/(m·K)的材料稱為高效保溫材料。

幾種材料的導熱係數如表1所示。

表1 幾種材料的導熱係數

材料名稱

導熱係數[W/(m·K)]

材料名稱

導熱係數[W/(m·K)]

普通燒結磚

0.81

松木

0.17~0.35

燒結多孔磚(矩形孔)

0.469(當量)

(孔洞率26%)

燒結空心磚

(3大孔)

0.59(當量)

(孔洞率47%)

素混凝土

1.28~1.51

鋼材

58.15

泡沫混凝土

0.19~0.22

普通水泥砂漿

1.1

花崗石

3.49

水(4℃)

0.58

膨脹蛭石

0.1~0.14

2.3

膨脹珍珠巖

0.06~0.07

密閉的空氣

0.023

由表1可見,水和冰的導熱係數分別約為空氣的25倍和100倍,而冰的導熱係數約為水的4倍。

燒結磚、砌塊的特點是內部具有較多的空隙,熱量通過材料實體和空隙兩部分進行傳遞。通過實體的部分是靠固體的傳導,而通過空隙的部分是以輻射和其中介質的傳導、對流的複雜方式進行的。因此各種材料的導熱係數相差很大,而同一種材料還受結構、溼度、溫度等因素的影響。

結構對材料的導熱係數影響很大,若結構疏鬆多孔,則孔隙被氣體所充滿,氣體導熱係數遠較固體為小,從而降低了導熱係數。但是必須注意,細小且封閉的孔隙,才不會引起明顯的對流左右,而粗大且連通的孔隙,會因介質對流作用增強,反而使材料的導熱能力提高。

材料潮溼其導熱係數將會提高,這不僅是因為孔隙中水的導熱係數比空氣導熱係數達,而且因為當水分由高溫向低溫遷移時也要攜帶熱量,因此溼材料的導熱係數比乾材料和水的導熱係數都要大。例如,幹實心磚的λ=0.81W/(m·K);水的λ=0.58W/(m·K);而溼實心磚的λ=1.0W/(m·K)。在空氣相對溼度為80%時,磚的體積吸水量約為0.5%,導熱係數約增加5%。西歐著名的「波羅頓」磚,最先進的導熱係數僅為0.08~0.12W/(m·K)。

應該說明的是,由於受成型方法的局限,燒結製品是不勻質的,是各向異性的,這種各向異性表現為多種性能的差異。拿抗壓強度來講,垂直於擠出方向僅為擠出方向的70%左右。


       各向異性對其導熱係數也產生了一定的影響。如在燒結多孔(空心)製品中,既有微觀的空隙又有宏觀的孔洞,比實心製品複雜、為了簡化起見,採用了「當量導熱係數」這個名詞,當量導熱係數除考慮空隙和孔洞類型的影響外,是將熱流方向上的材料視作完全勻質的。因為燒結多孔磚或空心磚的各向異性,在測定其導熱係數時,首先測定出平行熱流方向的導熱係數,再測定出垂直熱流方向的導熱係數,最後取其平均值作為多孔磚或空心磚的當量導熱係數。在計算或測量製品的熱阻時,使用的是當量導熱係數。

通常導熱係數給出的是在10℃時的數值。在20℃時,燒結磚的導熱係數約增加1%。超過600℃後,由於輻射作用而使導熱係數有相當大的增加。

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