结构推理 影响材料导热系数的主要因素有哪些?怎样影响?
【正确答案】(1)材料的性质。不同材料的导热系数不同,一般来说,金属导热系数值最大,非金属次之,液体较小。对于同一种材料,内部结构不同导热系数也差别很大,结晶结构的最大,微晶体结构的次之,玻璃体结构的最小。对于多孔的绝热材料,由于孔隙率高,气体(空气)对导热系数的影响起主导作用,而固体部分的结构无论是晶态或玻璃态对其影响都不大。
   (2)表观密度与孔隙特征。材料中固体物质的导热能力比空气大得多,故表观密度小的材料,因其孔隙率大,导热系数小。在孔隙率相同的条件下,孔隙尺寸越大,导热系数越大,互相连通孔隙比封闭孔隙导热性高。对于表观密度很小的材料,特别是纤维状材料(如超细玻璃纤维),当其表观密度低于某一极限值时,导热系数反而会增大,这是由于孔隙率增大时互相连通的孔隙大大增多,而使对流作用加强的结果,因此这类材料存在一最佳表观密度,即在这个表观密度时导热系数最小。
   (3)湿度。材料吸湿受潮后,其导热系数增大,这在多孔材料中最为明显。这是由于材料的孔隙中有了水分(包括水蒸气)后,孔隙中蒸汽的扩散和水分子的运动将起主要传热作用,而水的导热系数比空气的导热系数大20倍左右。如果孔隙中的水结成了冰,冰的导热系数更大,其结果使材料的导热系数更加增大。故绝热材料在应用时必须注意防水避潮。
   (4)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孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响在温度为0~50℃范围内并不显著,只有对处于高温或负温下的材料,才要考虑温度的影响。
   (5)热流方向。对于各向异性的材料(如木材等),当热流方向平行于纤维方向时,受到阻力较小;而垂直于纤维方向时,受到的阻力较大。以松木为例,当热流垂直于木纹时,导热系数为0.17W/(m·K),平行于木纹时,导热系数为0.35W/(m·K)。
   对于常用绝热材料,上述各项因素中以表观密度和湿度的影响最大,因而在测定材料的导热系数时,必须同时测定材料的表观密度;至于湿度,对于大多数绝热材料可取空气相对湿度为80/%~85/%时材料的平衡湿度作为参考状态,应尽可能在这种湿度条件下测定材料的导热系数。
【答案解析】