多孔材料导热系数影响因素分析

刘晓燕等：多孔材料导热系数影响因素分析

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多孑Ｌ材料导热系寸７Ｓ孓尔数影响因素分析

刘晓燕，郑春嫒，黄彩凤

（大庆石油学院土木建筑工程学院．黑龙江大庆１６３３１８）

【摘要】导热系数是多孔材料的一个重要参数，影响多孔材料导热系数的因素很多，不同的材料有不同的导热系数。在多孔材料的组成固定之后，其导热系数主要随着温度、容重和含水率的变化而变化，其中对其影响最大的是含水率。

【关键词】多孔材料；导热系数；影响因素；含水率

【中图分类号】ＴＵｌｌｌ．１【文献标识码】Ｂ

【文章编号】１００１—６８６４（２００９）０９—０１２１—０２

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０引言

多孔材料的主要物理特征是孔隙尺寸极其微小，比表面积数值很大。多孔材料的这些表面物理特征产生的特殊作用，使其成为一种具有优异的阻尼、渗透、隔音和绝热等性能的功能材料，日益被广泛应用为民用、军事的结构材料。多孔材料不仅具有多种优异的性能，而且制造工艺简单。因此，国内外许多研究机构把多孔材料作为新型工程材料进行研究【ｔ。４】。导热系数是研究多孔材料的一个重要基础参数，能够获得比较准确的导热系数，对多孔材料的研究将有很大的帮助。对于多孔介质，导热系数的影响因素很多，除了多孔材料本身的性质以外，还受环境因素和传热方式等的影响，文中将系统地分析多孔材料导热系数的影响因素。１多孔材料导热系数的主要影响因素１．１材料类型

不同类型的多孔材料，它的外部特征和理化性质都有较大差别，导热系数也不同。物质构成不同的多孔材料，其物理热性能也就不同，隔热机理存在区别，其导热性能或导热系数也就各有差异。即使对同一物质构成的多孔材料，内部结构不同，或生产的控制工艺不同，导热系数的差别有时也很大。对于孔隙率较低的多孔材料，结晶结构的导热系数最大，微结晶结构的次之，玻璃体结构的最小。但对于孔隙率高的多孔材料，由于气体（空气）对导热系数的影响起主要作用，固体部分无论是晶态结构还是玻璃态结构，对导热系数的影响都不大。１．２温度

材料的导热系数随温度的升高而增大。因为温度升高

时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热和孔壁同的辐射作用也有所增加。但这种影响，当温度在０。５０℃范围内时并不显著，只有对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响［４】。１．３湿度

所有的保温材料都具有多孔结构，容易吸湿。当含湿率大于５％一１０％，材料吸湿后湿分占据了原被空气充满的部分气孔空间，引起其有效导热系数明显升高。多孔介质中的水可以以固、液、气三种相态的任何一种形式对它的导热系数产生非常重要和复杂的影响。材料吸湿受潮后，其导热系数就会增大，这在多孔材料中最为明显。这是由于当材料的孔隙中有了水分（包括水蒸气）后，则孔隙中蒸汽的扩散和水分子的热传导将起主要传热作用，而水的入为０．５８ｗ／（ｍ Ｋ），比空气的ｘ＝Ｏ．０２９Ｗ／（ｍ Ｋ）大２０倍左右ｂ】。如果孔隙

中的水结成了冰，则冰的入＝２．３３ｗ／（ｍ－Ｋ）摸结果使材料

的导热系数更加增大。故多孔材料在应用时必须注意防水避潮。１．４孔隙率

孔隙率是指多孔介质内的微小空隙的总体积与该多孔介质的总体积的比【４Ｊ。在孔隙率相同的条件下，空隙尺寸越大，导热系数越大。互相连通型的孔隙比封闭型孔隙的导热系数高，封闭孔隙率越高，则导热系数越低。由于材料中固体物质的导热能力比空气要大得多，故表观密度小的材料，因其孔隙率大，导热系数就小。在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸愈大，导热系数就愈大；互相连通孔隙比封闭孔隙导热性要高。

万方数据

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低温建筑技术

２００９年第９期（总第１３５期）

１．５容重

容重是材料孔隙率的直接反应，由于气相的导热系数通常均小于固相导热系数，所以一般用于保温的多孑Ｌ材料往往都具有很高的孔隙率，也即具有较小的容重【８Ｊ。一般情况下，增大孔隙率或减少容重都将导致导热系数的下降。密度小、气孔率大的多孔材料导热系数小，除纤维类材料外，保温材料的导热系数随密度的增加而增大侈。¨。对于纤维材料，其纤维的直径、孔隙率和粘结剂的用量等对其性能有显著的影响。当使用温度高时，材料密度高一些反而导热系数低，所以有一个选择最佳容重的问题。当密度较小时，其导热系数随密度的增加而降低，然后再随密度的增加而升高，存在

一个最低导热系数下的密度值——称为最佳密度ｍ一“。

１．６粒径及粒径分布

常温时，松散颗粒型材料的导热系数随材料粒径的减小而降低。粒径大时，颗粒之间的空隙尺寸增大，其间空气的导热系数必然增大。因此，粒径越小，其导热系数受温度变化的影响越小。多孔材料的粒径大小直接影响它的密度、孔隙率和空隙大小，这些特征直接影响多孔材料的导热系数，而粒径分布的连续性也同样会影响到多孔材料的导热系数。实验表明【ｌ引，粒径连续性较好的多孔材料颗粒间接触较好，而粒径连续性差的多孔材料颗粒间接触较差，接触良好时热阻较接触较差时小，因此多孔材料的导热系数随粒径分布的连续性变好而增大。１．７热流方向

导热系数与热流方向的关系，仅仅存在于各向异性的多孔材料中，即在各个方向上构造不同的材料中。对于各向异性的多孔材料，如木材等纤维质的材料，当热流平行于纤维方向时，热流受到阻力越小，导热系数越大；而热流垂直于纤维方向时，受到的阻力越大，导热系数越小ｕ５】。纤维质材料从排列状态看，分为方向与热流向垂直和纤维方向与热流向平行两种情况 …… 此处隐藏：3095字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……