材料的导热率
傅力叶方程式: Q=KA△T/d,
R=A△T/Q Q: 热量,W ;K: 导热率,W/mk;A :接触面积;d: 热量传递距离;△T:温度差;R: 热阻值
导热率K 是材料本身的固有性能参数,用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的,只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的,并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并,可以得到 K=d/R。因为K 值是不变的,可以看得出热阻R 值,同材料厚度d 是成正比的。也就说材料越厚,热阻越大。
但如果仔细看一些导热材料的资料,会发现很多导热材料的热阻值R ,同厚度d 并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成,相应会有非线性变化。厚度增加,热阻值一定会增大,但不一定是完全成正比的线性关系,可能是更陡的曲线关系。
根据R=A△T/Q这个公式,理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R 。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式,他设定的条件是:接触面是完全光滑和平整的,所有热量全部通过热传导的方式经过材料,并达到另一端。 实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值,应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同,就会产生不同的接触面热阻值,也会得出不同的总热阻值。
所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件,就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候,选用多大的接触面积A ,多大的热量值Q ,以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同 的材料,而得出的结果,才有相比较的意义。
通过测试得出的热阻R 值,并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样,很多参数是无法真正的量化的,只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据,人们可以将一些数据量化,而用于实际应用。 此处所说的“模糊” 是数学术语,“模糊”表示最为接近真实的近似。
而同样道理,根据热阻值以及厚度,再计算出来的导热率K 值,也并不完全是真正的导热率值。
傅力叶方程式,是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型,会有很多的修正公式,来完善所有的环节可能出现的问题。 总之:
a. 同样的材料,导热率是一个不变的数值,热阻值是会随厚度发生变化的。
b. 同样的材料,厚度越大,可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多,所耗的时间也越多,效能也越差。 c. 对于导热材料,选用合适的导热率、厚度是对性能有很大关系的。选择导热率很高的材料,但是厚度很大,也是性能不够好的。最理想的选择是:导热率高、厚度薄,完美的接触压力保证最好的界面接触。
d 、使用什么导热材料给客户,理论上来讲是很困难的一件事情。很难真正的通过一些简单的数据,来准确计算出选用何种材料合适。更多的是靠测试和对比,还有经验。测试能达到产品要求的理想效果,就是最为合适的材料。 e 、不专业的用户,会关注材料的导热率;专业的用户,会关注材料的热阻值。
常用材料的导热系数表
金属导热系数表(W/mK)
热传导系数的定义为:每单位长度、每K ,可以传送多少W 的能量,单位为W/mK。其中“W”指热功率单位,“m”代表长度单位米,而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表: 银 429 铜 401 金 317 铝 237 铁 80 锡 67 铅 34.8
各种物质导热系数!
material conductivity K (W/m.K)
diamond 钻石 2300 silver 银 429 cooper 铜 401 gold 金 317 aluminum 铝 237
各物质的导热系数
物质 温度 导热系数 物质 温度 导热系数
亚麻布 50 0.09 落叶松木 0 0.13 木屑 50 0.05 普通松木 45 0.08~0.11 海砂 20 0.03 杨木 100 0.1 研碎软木 20 0.04 胶合板 0 0.125 压缩软木 20 0.07 纤维素 0 0.46 聚苯乙烯 100 0.08 丝 20 0.04~0.05 硫化橡胶 50 0.22~0.29 炉渣 50 0.84 镍铝锰合金 0 32.7 硬质胶 25 0.18 青铜 30 32~153 白桦木 30 0.15 殷钢 30 11 橡木 20 0.17 康铜 30 20.9 雪松 0 0.095 黄铜 20 70~183 柏木 20 0.1
镍铬合金 20 12.3~171 普通冕玻璃 20 1 石棉 0 0.16~0.37 石英玻璃 4 1.46
纸 12 0.06~0.13 燧石玻璃 32 0.795 皮棉 4.1 0.03 重燧石玻璃 12.5 0.78 矿渣棉 0 0.05~0.14 精制玻璃 12 0.9 毡 0.04 汽油 12 0.11 蜡 0.04 凡士林 12 0.184 纸板 0.14 “天然气”油 12 0.14 皮革 0.18~0.19 甘油 0 0.276 冰 2.22 煤油 100 0.12 新下的雪 0.1 蓖麻油 500 0.18 填实了的雪 0.21 橄榄油 0 0.165 瓷 1.05 已烷 0 0.152 石蜡油 0.123 二氯乙烷 0.147 变压器油 0.128 90%硫酸 0.354 石油 0.14 醋酸 18 石蜡 0.12 硝基苯 0.159 柴油机燃油 0.12 二硫化碳 0.144 沥青 0.699 甲醇 0.207 玄武岩 2.177 四氯化碳 0.106 拌石水泥 1.5 三氯甲烷 0.121 花岗石 2.68~3.35 氨气* 0.022 丙铜 0.177 水蒸汽* 0.0235~0.025 苯 0.139 重水蒸汽* 0.072 水 0.54 空气* 0.024 聚苯板 0.04 木工板 0.1-0.2 重水 0.559 硫化氢* 0.013
表2 窗体材料导热系数
窗框材料 钢材 铝合金 PVC PA 松木 导热系数 58.2 203 0.16 0.23 0.17
表 3 不同玻璃的传热系数
玻璃类型 玻璃结构(m) 传热系数 K-w/(m2-k) 单层玻璃
6.2
双层中空玻璃 5×9×5 3.26 5×12×5 3.11
一层中空玻璃 5×9×5×9×5 2.22 ←-- 5×12×5×12×5 2.08
Lhw-E 中空玻璃 5×12×5 1.71
材料的导热率
傅力叶方程式: Q=KA△T/d,
R=A△T/Q Q: 热量,W ;K: 导热率,W/mk;A :接触面积;d: 热量传递距离;△T:温度差;R: 热阻值
导热率K 是材料本身的固有性能参数,用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的,只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的,并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并,可以得到 K=d/R。因为K 值是不变的,可以看得出热阻R 值,同材料厚度d 是成正比的。也就说材料越厚,热阻越大。
但如果仔细看一些导热材料的资料,会发现很多导热材料的热阻值R ,同厚度d 并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成,相应会有非线性变化。厚度增加,热阻值一定会增大,但不一定是完全成正比的线性关系,可能是更陡的曲线关系。
根据R=A△T/Q这个公式,理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R 。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式,他设定的条件是:接触面是完全光滑和平整的,所有热量全部通过热传导的方式经过材料,并达到另一端。 实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值,应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同,就会产生不同的接触面热阻值,也会得出不同的总热阻值。
所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件,就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候,选用多大的接触面积A ,多大的热量值Q ,以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同 的材料,而得出的结果,才有相比较的意义。
通过测试得出的热阻R 值,并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样,很多参数是无法真正的量化的,只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据,人们可以将一些数据量化,而用于实际应用。 此处所说的“模糊” 是数学术语,“模糊”表示最为接近真实的近似。
而同样道理,根据热阻值以及厚度,再计算出来的导热率K 值,也并不完全是真正的导热率值。
傅力叶方程式,是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型,会有很多的修正公式,来完善所有的环节可能出现的问题。 总之:
a. 同样的材料,导热率是一个不变的数值,热阻值是会随厚度发生变化的。
b. 同样的材料,厚度越大,可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多,所耗的时间也越多,效能也越差。 c. 对于导热材料,选用合适的导热率、厚度是对性能有很大关系的。选择导热率很高的材料,但是厚度很大,也是性能不够好的。最理想的选择是:导热率高、厚度薄,完美的接触压力保证最好的界面接触。
d 、使用什么导热材料给客户,理论上来讲是很困难的一件事情。很难真正的通过一些简单的数据,来准确计算出选用何种材料合适。更多的是靠测试和对比,还有经验。测试能达到产品要求的理想效果,就是最为合适的材料。 e 、不专业的用户,会关注材料的导热率;专业的用户,会关注材料的热阻值。
常用材料的导热系数表
金属导热系数表(W/mK)
热传导系数的定义为:每单位长度、每K ,可以传送多少W 的能量,单位为W/mK。其中“W”指热功率单位,“m”代表长度单位米,而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表: 银 429 铜 401 金 317 铝 237 铁 80 锡 67 铅 34.8
各种物质导热系数!
material conductivity K (W/m.K)
diamond 钻石 2300 silver 银 429 cooper 铜 401 gold 金 317 aluminum 铝 237
各物质的导热系数
物质 温度 导热系数 物质 温度 导热系数
亚麻布 50 0.09 落叶松木 0 0.13 木屑 50 0.05 普通松木 45 0.08~0.11 海砂 20 0.03 杨木 100 0.1 研碎软木 20 0.04 胶合板 0 0.125 压缩软木 20 0.07 纤维素 0 0.46 聚苯乙烯 100 0.08 丝 20 0.04~0.05 硫化橡胶 50 0.22~0.29 炉渣 50 0.84 镍铝锰合金 0 32.7 硬质胶 25 0.18 青铜 30 32~153 白桦木 30 0.15 殷钢 30 11 橡木 20 0.17 康铜 30 20.9 雪松 0 0.095 黄铜 20 70~183 柏木 20 0.1
镍铬合金 20 12.3~171 普通冕玻璃 20 1 石棉 0 0.16~0.37 石英玻璃 4 1.46
纸 12 0.06~0.13 燧石玻璃 32 0.795 皮棉 4.1 0.03 重燧石玻璃 12.5 0.78 矿渣棉 0 0.05~0.14 精制玻璃 12 0.9 毡 0.04 汽油 12 0.11 蜡 0.04 凡士林 12 0.184 纸板 0.14 “天然气”油 12 0.14 皮革 0.18~0.19 甘油 0 0.276 冰 2.22 煤油 100 0.12 新下的雪 0.1 蓖麻油 500 0.18 填实了的雪 0.21 橄榄油 0 0.165 瓷 1.05 已烷 0 0.152 石蜡油 0.123 二氯乙烷 0.147 变压器油 0.128 90%硫酸 0.354 石油 0.14 醋酸 18 石蜡 0.12 硝基苯 0.159 柴油机燃油 0.12 二硫化碳 0.144 沥青 0.699 甲醇 0.207 玄武岩 2.177 四氯化碳 0.106 拌石水泥 1.5 三氯甲烷 0.121 花岗石 2.68~3.35 氨气* 0.022 丙铜 0.177 水蒸汽* 0.0235~0.025 苯 0.139 重水蒸汽* 0.072 水 0.54 空气* 0.024 聚苯板 0.04 木工板 0.1-0.2 重水 0.559 硫化氢* 0.013
表2 窗体材料导热系数
窗框材料 钢材 铝合金 PVC PA 松木 导热系数 58.2 203 0.16 0.23 0.17
表 3 不同玻璃的传热系数
玻璃类型 玻璃结构(m) 传热系数 K-w/(m2-k) 单层玻璃
6.2
双层中空玻璃 5×9×5 3.26 5×12×5 3.11
一层中空玻璃 5×9×5×9×5 2.22 ←-- 5×12×5×12×5 2.08
Lhw-E 中空玻璃 5×12×5 1.71