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用于测量各向异性材料等导热系数检测的热流传感器

2019-08-23 09:20

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,℃),在1小时,通过1平方米面积传递的热量,单位为瓦/米·度 (W/(m·K),此处为K可用℃代替)。导热系数是建筑材料最重要的热湿物性参数之一,与建筑能耗、室内环境及很多其他热湿过程息息相关。


导热系数仅针对存在导热的传热形式,当存在其他形式的热传递形式时,如辐射、对流和传质等多种传热形式时的复合传热关系,该性质通常被称为表观导热系数、显性导热系数或有效导热系数(thermal transmissivity of material)。此外,导热系数是针对均质材料而言的,实际情况下,还存在有多孔、多层、多结构、各向异性材料,此种材料获得的导热系数实际上是一种综合导热性能的表现,也称之为平均导热系数。
不同物质导热系数各不相同;相同物质的导热系数与其的结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。同一物质的含水率低、温度较低时,导热系数较小。一般来说,固体的热导率比液体的大,而液体的又要比气体的大。这种差异很大程度上是由于这两种状态分子间距不同所导致。现在工程计算上用的系数值都是由专门试验测定出来的。
随着温度的升高或含湿量的增大,所测5种典型建筑材料的导热系数都呈增大的趋势。下面从微观机理上对此加以分析。对多孔材料而言,当其受潮后,液态水会替代微孔中原有的空气;而在常温常压下,液态水的导热系数(约为0.59W/(m·K))远大于空气的导热系数(约为0.026W/(m·K)),因此,含湿材料的导热系数会大于干燥材料的导热系数,且含湿量越高,导热系数也越大。若在低温下水分凝结成冰,由于冰的导热系数高达2.2W/(m·K)),因此材料整体的导热系数也将增大。

与受潮带来的影响不同,温度升高会引起分子热运动的加快,促进固体骨架的导热及孔隙内流体的对流传热。此外,孔壁之间的辐射换热也会因为温度的升高而加强。若材料含湿,则温度梯度还可能造成重要影响:温度梯度将形成蒸汽压梯度,使水蒸气从高温侧向低温侧迁移;在特定条件下,水蒸气可能在低温侧发生冷凝,形成的液态水又将在毛细压力的驱动下从低温侧向高温侧迁移。如此循环往复,类似于热管的强化换热作用,使材料表现出来的导热系数明显增大。


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