8讲义(导热系数)
导热系数
导热系数也叫导热率，导热系数/导热率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,°C）,在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度（W/m?K,此处的K可用°C代替）。
导热传热热流密度的大小，与物质的导热系数、热流量流经物质的厚度和物质高温侧与低温侧间的温度差有关。
非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。
材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。
导热系数大、厚度小、温差大，则热流密度大。
物质不同，导热系数也不同。
钢的导热系数是200X10的3次方-260X10的3次方瓦/（米·时，摄氏度）；锅炉水垢（钙质）的导热系数是2X10的3次方-9X10的3次方瓦/（米·时·摄氏度）；石棉的导热系数是0。
5-0。
73X10的3次方瓦/（米·时，摄氏度）；珍珠岩的导热系数是0。
15X 10的3次~0。
29X 10的3次方瓦/（米·时。
摄氏度）；润滑油的导热系数是0。
37X10）瓦/（米·时·摄氏度）。
导热系数高的物质有优良的导热性能。
在热流密度和厚度相同时，物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差，随导热系数增大而减小。
锅炉炉管在未结水垢时，由于钢的导热系数高，钢管的内外壁温差不大。
而钢管内壁温度又与管中水温接近，因此，管壁温度（内外壁温度平均值）不会很高。
但当炉管内壁结水垢时，由于水垢的导热系数很小，水垢内外侧温差随水垢厚度增大而迅速增大，从而把管壁金属温度迅速抬高。
当水垢厚度达到相当大（一般为1~3毫米）后，会使炉管管壁温度超过允许值，造成炉管过热损坏。
对锅炉炉墙及管道的保温材料来讲，则要求导热系数越低越好。
一般常把导热系数小于0。
8x10的3次方瓦/（米时·摄氏度）的材料称为保温材料。
例如石棉、珍珠岩等。
什么是传热系数——传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温度为1度（K，℃），1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位瓦/（平方米·度）[W/（M2·K），K可用℃代替]。
8讲义(导热系数)
注意：本次实验B211 有三种实验仪器，座位号1 —10预习报告参考《讲义一》内容，座位号11—22预习报告参考《讲义二》内容，座位号23—24预习报告参考《讲义一》内容！讲义用稳态法测量不良导体的导热系数【实验目的】1、感知热传导现象的物理过程;2、学习用稳态法测量不良导体的导热系数;3、学习利用物体的散热速率测量传热速率。
【实验仪器及装置】FD-TC-B 型导热系数测定仪、游标卡尺及电子天平等如图1所示FD-TC-B 型导热系数测定仪，它是由电加热器、铜加热盘C ，橡 皮样品盘或胶木样品盘B ，铜散热盘P 、支架及调节螺丝、温度传感器以及控温 与测温器组成。
【实验原理】1、傅立叶热传导方程傅立叶热传导方程正确的反映了材料内部的热传导的基本规律。
该方程式指 出：在物体内部，垂直于热传导方向彼此相距 h B ,温度分别是1和2（ 1> 2）的足关系:（单位时间传过的热量）与导热系数（又称热导率）、传热面两个平行平面之间，当平面的面积为S 时，在t 时间内通过面积S 的热量Q 满S ——2-1——2h p4h Bd B(1)即热流量一9t图1 FD-TC-B 型导热系数测定仪d 2积S —匕、距离h B 以及温差12有关。
而的物理意义为相距单位长度的两4个平面间的温度相差一个单位时的每秒通过单位面积的热量。
不良导体的导热系 数一般很小，例如，矿渣棉为 0.058，石棉板为0.12，松木为0.15〜0.35，混凝土板为0.87，红砖为0.19，橡胶为0.22等。
良导体的导热系数通常比较大, 约为不良导体的102〜103倍，如铜为4.0 X 102。
以上各量单位是Wgm 1g< 1。
2、实验装置如图1所示，固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P ,散热盘P可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。
散热盘上安放面积相同的圆盘样 品B ，样品盘B 上放置一个圆盘状加热盘 C ,其面积也与样品B 的面积相同, 加热盘C 是由单片机控制的自适应电加热，可以设定加热盘的温度。
化工原理讲义(导热、燃烧部分)
３分析求解，得出导热物体的温度场。 ４利用傅立叶定律和已有的温度场最终确定热流量或热流密度。
五、单层平壁的稳定导热
一、通过单层平壁的导热
无限大平壁的长度和宽度都远大于其厚度，因而平壁两侧保持均匀边界条件 的稳态导热就可以归纳为一维稳态导热问题。从无限大平壁的结构可分为单 层壁，多层壁和复合壁等类型，如图所示。
包括：物质的种类及性质、温度、压力、密度以及湿度 各种物质的导热系数相差很大，其根本原因在于不同的物质其导热机 理存在着差异。一般而言，金属的导热系数最大，非金属和液体次之， 气体的导热系数最小。导热系数越大，说明其导热性能越好。由图中 可以看出，各类物质导热系数的一般大小顺序。
二、导热微分方程式各项物理意义
二、导热基本概念
1、基本概念
1、温度场（Temperature field） 指某一瞬时物体内各点的温度分布状态。温度是标量，温度场是时间和空间 的函数，也是标量场。 在直角坐标系中
在柱坐标系中
在球坐标系中。
根据温度场表达式，可分析出导热过程是几维、稳态或非稳态的现象， 温度场是几维的、稳态的或非稳态的。
导热微分方程式一般由导热项、内热源生成项及非稳态项组成。如图 所示。
三、基本要求
应能根据具体实际问题经简化后得到该导热问题的导热微分方程式具 体表达式，这是获得物体内温度分布正确结果的前提。
导热过程的单值性条件
一、单值性条件
导热问题的单值性条件通常包括如下四项： 几何条件：表征导热物体的几何形状和大小（属于三维，二维或一维 问题）； 物理条件：说明导热系统的物理特性（即物性量和内热源的特点）；
规律：温度分布为二次曲线；内部热流通量及热流量处处不相等，与 坐标x有关；
导热系数数学表达式
导热系数数学表达式
摘要：
1.导热系数的定义
2.导热系数的数学表达式
3.导热系数的物理意义
4.导热系数的影响因素
5.导热系数在工程中的应用
正文：
1.导热系数的定义
导热系数，又称热传导率，是指在稳态热传导条件下，单位时间、单位厚度的物质在单位温度差下传递的热量。
它是反映材料导热性能的物理量，单位为瓦特每米每开尔文（W/m·K）。
2.导热系数的数学表达式
导热系数的数学表达式为：
k = Q / (A * d * ΔT)
其中，k 表示导热系数；Q 表示传递的热量；A 表示接触面积；d 表示材料厚度；ΔT 表示温度差。
3.导热系数的物理意义
导热系数的物理意义是，在单位时间、单位厚度和单位温度差的条件下，材料所能传递的热量。
导热系数越大，说明材料的传热性能越好，热传导效率越高。
4.导热系数的影响因素
导热系数受材料的性质、温度、压力和导热面的形状等因素影响。
一般来说，金属材料的导热系数较大，非金属材料的导热系数较小；在高温条件下，导热系数可能会发生变化；压力对导热系数的影响因材料而异，有些材料在高压下导热系数会增加，而有些材料则相反。
5.导热系数在工程中的应用
导热系数在工程中有广泛应用，如建筑节能、热交换器设计、太阳能利用等领域。
在这些领域，了解材料的导热系数对于优化设计、提高系统性能具有重要意义。
导热系数讲义
不良导体的热导系数的测量实验简介材料的导热系数是反映材料热性能的物理量，导热机理在很大程度上取决与它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。
导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、 压力及杂质含量相联系。
测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类是动态法。
用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分析，然后进行测量。
而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。
本实验采用稳态法进行测量。
实验目的了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数并用作图法求冷却速率。
实验仪器待测橡皮垫、黄铜板、加热铜质圆盘（带隔热层）、红外灯、热电偶、杜瓦瓶、冰水混合物、0~250V 变压器、秒表、游标卡尺等实验原理1，导热系数当物体内存在温度梯度时，热量从高温流向低温，谓之热传导或传热，传热速率正比于温度梯度以及垂直于温度梯度的面积，比例系数为热导系数或导热率：dS dxdTdt dQ λ-= （1） 2，不良导体导热系数的测量厚度为h 、截面面积为S 的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘之间。
热量由加热盘传入。
加热盘和黄铜盘上各有一小孔，热电偶可插入孔内测量温度，两面高低温度恒定为T 1 和T 2时，传热速率为S hT T dt dQ21--=λ （2）图 1图 2由于传热速率很难测量，但当T 1 和T 2稳定时，传入橡胶板的热量应等于它向周围的散热量。
这时移去橡胶板，使加热盘与铜盘直接接触，将铜盘加热到高于T 2约10度，然后再移去加热盘，让黄铜盘全表面自由放热。
每隔30秒记录铜盘的温度，一直到其温度低于T 2，据此求出铜盘在T 2附近的冷却速率dtdT。
铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧面放热。
讲义(导热系数)
导热系数的测定【实验目的】1、感知热传导现象的物理过程。
2、学习用稳态法测量不良导体的导热系数。
3、学习测量冷却速率的方法。
【实验仪器】TC-3型导热系数测定仪、温度传感器、橡皮版、电子秒表、游标卡尺、电子天平【实验原理】1、傅立叶热传导方程导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量，测定材料的导热系数在设计和制造加热器、散热器、传热管道、冰箱、节能房屋等工程技术和很多科学实验室中都有非常重要的应用。
如图一所示，设粗细均匀的圆柱形导体横截面面积为S ，高为h ，加热后上端温度为T 1， 下端温度为T 2，T 1> T 2，热量从上端流向下端。
若加热一段时间后，内部各个截面处的温度达到恒定，此时虽然各个截面的温度并不相等，但相等的时间内流过各个截面的热量必然相等（设侧面热损失可以忽略不计），这时热传递达到动态平衡，整个导体处于热稳定状态。
法国数学家、物理学家傅立叶给出了此状态下的热传递方程：hT T S t Q21-=∆∆λ （1） Q ∆是t ∆时间内流过导体横截面的热量，tQ∆∆叫传热速率。
比例系数λ就是材料的导热系数或叫热导率，单位是W/K m ⋅.（瓦/米•开）。
在此式中，s 、h 、T 1、T 2容易测得，关键是如何测出传热速率tQ∆∆。
2、用稳态法间接测量传热速率tQ∆∆ 如图二所示，将待测样品夹在加热盘和散热盘之间，设热传递已达到稳态，由（1）式可知，加热盘的传热速率为：hT T S t Q 21-=∆∆λ=2214-d h T T πλ， （2） d 为样品盘的直径，h 为样品盘的厚度。
散热盘的散热速率为：t Q ∆∆=cm 2T T tT=∆∆ ， （3）图一图二c 为散热盘材料的比热，m 为散热盘的质量，2T T tT=∆∆表示散热盘在温度为T 2时的冷却速率。
（2），（3）式的右边相等：22214h -T T tTcm d T T =∆∆=πλ，所以2)(4212T T t TT T d cmh =∆∆⋅-=πλ 。
[导热系数讲义]
![[导热系数讲义]](https://img.taocdn.com/s3/m/8f94d4390912a216147929f2.png)
注意：接地线必须接地！ 参考实验讲义二：热电偶温度计的定标
【实验目的】
1． 了解热电偶温度计。 2．对“铜—康铜”热电偶温度计定标。
【仪器描述】
1．图 2 是实验装置示意图 “铜-康铜”热电偶的一个接点（冷端）放在盛有冰 水混合物的保温杯中，使该接点维持在恒定的 0℃。另 一接点（热端）放在 A 盘小孔中。升温由它的加热器来 实现，当手动加热时，将控制方式置“手动” ，然后切 换加热控制开关。或将控制方式置“自动” ，然后由 PID 设定温度自动控制温度。 2. PID 控温(详见附录一) PID 智能温度控制器是一种高性能、高可靠性的智能型调节仪表，广泛应用于机械化工、轻工、冶金、石化、 热处理等行业的温度、流量、压力、液位等的自动控制系统。 3. 铜-康铜热电偶温度差为 100℃时，其温差电动势约 4.0mV，若精度要求不高，可直接用 20mV 数字电压表代替 UJ-36 型携带式直流电位差计。 UJ-36 型携带式直流电位差计的使用简述： 电位差计的工作原理是用滑线电阻上产生的已知压降来补偿热电偶产生的热电动势， 测量精度较高， 仪器使 用方法如下：
【实验内容】
1、量物体在室温 0～100℃多点的热导率，画出曲线。 2、测量不良导体的热导率。本仪器附橡皮、牛筋等样品供教学测试用。 3、测量金属的热导率。 （本仪器附有硬铝测试样品） 。 4、测量空气的热导率。
【测量装置结构】
测量装置样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘 P 和圆筒加热盘 A 之间距离和平整度的。 除测量金属样品 时不用圆筒固定外，其它如测橡皮和空气的热导率时，均需将圆筒的固定轴对准样品支架上的圆孔插入，并用螺 母旋紧。具体步骤是：先旋下螺母，将加热圆筒放下；使固定轴穿过圆孔，再将螺母旋上并拧紧，最后固定筒后 的紧固螺钉，从而由三个螺旋测微头来调节平面和待测样品厚度。
导热基本定律及稳态导热-讲义
a
热扩散率表征物体被加热或冷却时，物体内各部分 温度趋向于均匀一致的能力
4-5 一维稳态导热
一维、稳态、常物性、无内热源情况，考察平
板和圆柱内的导热。
t t t t c ( ) ( ) ( ) qv x x y y z z
多维导热问题：首先获得温度场的分布函数 ，然后根据傅立叶定律求得空间各点的热流 密度矢量。
15
导热微分方程
定义：根据能量守恒定律与傅立叶定律，建立导热物体中 的温度场应满足的数学表达式，称为导热微分方程。 导热微分方程的数学表达式 ： 导热微分方程的推导，假定导热物体是各向同性的。
理论基础：能量守恒定律与傅立叶定律
2
t t1 x t2 o
34
dt 直接积分，得： c1 t c1 x c2 dx
带入边界条件
t2 t1 c1 c2 t1
t2 t1 t x t1 带入Fourier 定律 dt t2 t1 dx
t ~ A x
数学表达式：
t A x
8
负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向
傅里叶定律用热流密度表示：
t q x
（负号表示热量传递方向与温度升高方向相反）
其中
q
——热流密度(单位时间内通过单位
面积的热流量) t ——物体温度沿 x 轴方向的变化率 x
9
2.温度梯度（Temperature gradient）
16
▲ 导热微分方程式
通过空间任一点任一 方向的热流量也可分 解为 x 、 y 、 z 坐 标方向的分热流量。
导热系数
导热系数、传热系数（热阻值R、导热系数λ、修正系数、厚度---节能计算）概念及热工计算方法(2011-06-03 10:35:47)转载▼分类：知识标签：杂谈导热系数：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小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米•度(W/m•K,此处的K可用℃代替)。
传热系数：传热系数以往称总传热系数。
国家现行标准规范统一定名为传热系数。
传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度(K，℃)，1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米•度(W/㎡•K，此处K可用℃代替)。
（节能）热工计算：1、围护结构热阻的计算单层结构热阻：R=δ/λ式中：δ—材料层厚度(m)λ—材料导热系数[W/(m.k)]多层结构热阻：R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn式中: R1、R2、---Rn—各层材料热阻(m.k/w)δ1、δ2、---δn—各层材料厚度(m)λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[W/(m.k)]2、围护结构的传热阻R0=Ri+R+Re式中: Ri —内表面换热阻(m.k/w)(一般取0.11)Re —外表面换热阻(m.k/w)(一般取0.04)R —围护结构热阻(m.k/w)3、围护结构传热系数计算K=1/ R0式中: R0—围护结构传热阻外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3)式中:Km—外墙的平均传热系数[W/(m.k)]Kp—外墙主体部位传热系数[W/(m.k)]Kb1、Kb2、Kb3—外墙周边热桥部位的传热系数[W/(m.k)]Fp—外墙主体部位的面积Fb1、Fb2、Fb3—外墙周边热桥部位的面积4、单一材料热工计算运算式①厚度δ(m) = 热阻值R(m.k/w) * 导热系数λ[W/(m.k)]②热阻值R(m.k/w) = 1 / 传热系数K [W/(㎡•K)]③厚度δ(m) = 导热系数λ[W/(m.k)] / 传热系数K [W/(㎡•K)]5、围护结构设计厚度的计算厚度δ(m) = 热阻值R(m.k/w) * 导热系数λ[W/(m.k)] *修正系数R值和U值是用于衡量建筑材料或装配材料热学性能的两个指标。
稳态法测量物体的导热系数讲义
稳态法测量物体的导热系数讲义导热系数是指单位时间内单位面积的热量通过一个厚度为1米的物体，并且该物体的两侧温度差为1K时，热量传导所发生的速率。
导热系数是物体传热性质的一个重要参数，是表征物体对热量传递的抵抗程度的指标。
常见的测量导热系数的方法有两种：稳态法和瞬态法。
稳态法是指在一定的温度差下测量物体的稳态热流密度，通过测量物体的热流密度、温度差和物体的厚度等参数计算得到物体的导热系数。
稳态法主要适用于导热系数相对稳定、厚度较大的材料，如纤维板、保温材料等各种隔热材料。
测量物体导热系数的仪器主要有两部分组成：热流仪和温度测量仪。
热流仪根据热传导原理，通过一组绝热屏障将试样的一侧保持恒定温度，另一侧得到一定的热流密度。
热流仪要求在保持一定的温度差下，使试样表面温度与环境温度之间的温度差足够小，以保证得到的热流密度稳定可靠，同时试样表面的辐射热损失要被控制在较小范围内。
温度测量仪通常选择高精度的热电偶，通过将热电偶嵌入试样内部，得到试样不同位置的温度分布情况。
为了保证测量准确性，热电偶的校正和补偿工作必须遵循严格的操作流程和规范。
测量物体导热系数的关键在于对样品的处理和操作过程的严格控制。
以下是基本的测量流程：1.准备样品：样品的尺寸和形状必须符合要求，保证试样表面平整，材质的导热系数必须呈线性变化，不存在孔洞等质量问题。
2.安装样品：用夹具牢固地固定好试样，并在试样的两侧，放置好热流仪和温度测量仪，保证测量精度和准确性。
3.开始测量：设定好温度差和其他参数，系统开始工作，记录试样表面和内部的温度值，对测量过程进行严格的控制和监测。
4.计算导热系数：根据测得的热流密度、温度差和试样厚度等参数，计算试样的导热系数。
根据上述基本流程，可以得到一个简单的稳态法测量物体导热系数的模型。
模型中涉及到的参量有：热流密度、试样厚度、温度差、试样长度和试样面积等。
利用计算公式，可以将这些参量结合起来，得出试样的导热系数。
导热系数讲解
导热系数讲解
导热系数，也称热导率，是衡量物质传导热量能力的物理量。
它定义为单位时间内单位面积上的热量传导率与温度梯度的比值。
导热系数的单位是瓦特/米·开尔文（W/m·K）。
导热系数越大，表示物质的传热能力越强，即其导热性能越好。
相反，导热系数越小，表示物质的传热能力越弱，即其导热性能越差。
导热系数的大小与物质的热扩散能力和分子结构有关。
导热系数较大的物质往往具有较高的热扩散能力和较快的分子传动速度，能够更有效地传导热量。
例如，金属和导热塑料的导热系数较大，故它们能够迅速将热量传递出去。
而木材和绝缘材料的导热系数较小，它们的热扩散能力较差，传热速度相对较慢。
导热系数在许多领域都具有重要的应用。
例如，在建筑领域中，了解不同材料的导热系数可以帮助设计更有效的保温材料和隔热结构。
在电子领域，了解材料的导热系数可以帮助设计散热器和导热板等散热元件，以保证电子设备的正常工作温度。
总之，导热系数是衡量物质传导热量能力的重要参数，具有广泛的应用价值。
初中物理教学教案：热传导与导热系数
初中物理教学教案：热传导与导热系数一、引言在初中物理学习中，我们经常会遇到与热相关的知识。
热传导是其中重要的概念之一，它涉及到能量的传递和导热系数的计算。
本教案将重点介绍热传导的基本原理以及如何计算导热系数。
二、热传导的基本原理1.热传导是指由高温物体向低温物体自然传递能量的过程。
2.热传导是通过固体、液体或气体内分子间碰撞而实现的。
三、导热系数的定义与计算1.导热系数（也称为热传导率）是衡量物质对热传导能力的指标。
2.导热系数通常用字母λ表示，单位是W/(m·K)。
3.导热系数可以通过实验测量获得，也可以通过一些经验公式进行估算。
4.导热系数与材料性质有关，不同材料具有不同的导热系数值。
四、计算示例1.假设有一个金属棒，长度为L，面积为A，温度差为ΔT。
2.利用导热系数的定义，可以得到传热功率P与导热系数λ、温度差ΔT及材料横截面积A之间的关系：P = λ * A * ΔT / L。
3.根据给定数据进行计算，并得到传热功率的结果。
五、教学示范1.引入实验器材和实验样品，让学生观察并了解实验的目的。
2.讲解热传导和导热系数的概念及基本原理。
3.进行示范实验，展示如何测量导热系数。
4.帮助学生进行实际操作，并指导他们正确记录实验数据。
5.结束实验后，分析数据并帮助学生计算出导热系数的值。
6.给予学生反馈，并答疑解惑。
六、教学总结通过本教案的学习与实践活动，初中生将能够掌握以下知识点： - 理解热传导的基本原理； - 了解导热系数与物质性质之间的关系； - 学会使用导热系数的计算公式进行实际计算； - 掌握测量导热系数的基本实验方法； - 加深对物理规律和实验设计的理解能力。
七、延伸拓展为了进一步巩固学生对热传导与导热系数的理解，可以引导他们完成以下扩展任务： 1. 给定不同材料的导热系数值，请将这些材料按照导热性能从高到低排序，并说明原因。
2. 通过调查不同建筑材料的导热系数，比较它们在保温效果上的差异，并讨论应该选择哪种材料进行房屋保温。
导热系数
无量纲 热阻
无量纲 时间
6、求解导热问题的三种基本方法： (1) 理论分析法； (2) 数值计算 法； (3) 实验法
7、导热部分作业题 1－10 2－3 2－4 2－51
二、对流换热
1、对流换热的定义和性质 对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的 热量传递现象。
(3) 流体有无相变 单相换热：
（Single phase heat transfer）
相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等
（Phase change） （Condensation） （Boiling）
(4) 换热表面的几何因素： 内部流动对流换热：管内或槽内 外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束
Φ
1 1 h1 A A h2 A
tf1 tf 2
W
为了增加传热量，可以采取哪些措施?
（1）增加温差（tf1 - tf2），但受工艺条件限制 （2）减小热阻： a) 金属壁一般很薄( 很小)、热导率很大，故导热热阻一般可忽略 b) 增大h1、h2，但提高h1、h2并非任意的 c) 增大换热面积 A 也能增加传热量—肋片强化传热的原理
导热系数的数值表征物质导热能力大小。实验测定 影响导热系数的因素：温度、材料种类
金属 非金属; 固相 液相 气相
导热系数表征材料导热能力的大小，是一种物性参数， 与材料种类和温度关。 保温材料及其表观导热系数 多孔性结构的保温材料
3、导热微分方程及边界条件
导热分为稳态导热和非稳态导热。 边界条件：说明导热体边界上过程进行的特点反映过程与周 围环境相互作用的条件 边界条件一般可分为三类： 第一类、第二类、第三类边界条件
(完整word版)导热系数和热阻基本概念
导热系数和热阻一、定义导热系数λ：是指在稳定传热条件下，设在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1平方米的平行面，而这两个平面的温度相差1度，则在1秒内从一个平面传导到另一平面的热量就规定为该物质的热导率。
其单位为：瓦/（米·度）, 导热系数在0.12瓦/（米·度）以下的材料称为绝热材料。
导热系数反应的是导热材料导热性，导热材料的导热系数越大，则其导热性越好。
热阻θ：就是热流量在通过物体时，在物体两端形成的温度差。
即：θ＝(T2－T1)/P——（1）单位是：℃/W。
式中： T2是热源温度，T1是导热系统端点的温度，P是热源的功率。
（1）式是指在一维、稳态、无内热源的情况下的热阻。
热阻反应的是导热材料对热流传导的阻碍能力，导热材料的热阻越大，则其对热传导的阻碍能力越强。
一般可以通过下面公式计算导热系统端点的温度： (T2－T1)＝Pθ，热源功率越小，热阻越小，其热流传导能力越好，热阻越大，热流传导能力越差。
热阻还可以由下式表达：θ＝L/(λS)——（2）式中：λ是导热系数，L是材料厚度或长度，S是传热面积。
物体对热流传导的阻碍能力，与传导路径长度成正比，与通过的截面积成反比，与材料的导热系数成反比。
二、对导热系数与热阻的理解和应用场合导热系数反映的是物质在单位体积下的导热能力。
实际上它反映了物质导热的固有能力。
这种能力是由物质的原子或分子结构决定的。
它是评价物质之间导热能力的参数。
热阻其实是导热系数与物体的几何形状相结合而体现的该形状物体的导热能力。
对非均匀厚度的物体，均匀热流密度的热流通过物体后，两端任意两点的温度差可能是不同的，也就是说，任意两点间的热阻可能是不同的。
谈热阻，必须要明确这一点：热阻必须是指定的两个点之间的热阻，并且两点之间没有其它的热源。
它反映的是特定两点间的导热能力。
就是说，给定了热阻值，同时必须明确给出计量的起点和终点。
偏离了这两个位置点，这个热阻值就没有意义了。
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注意：本次实验B211有三种实验仪器，座位号1—10预习报告参考《讲义一》内容，座位号11—22预习报告参考《讲义二》内容，座位号23—24预习报告参考《讲义一》内容！讲义一：用稳态法测量不良导体的导热系数【实验目的】1、 感知热传导现象的物理过程；2、 学习用稳态法测量不良导体的导热系数；3、学习利用物体的散热速率测量传热速率。
【实验仪器及装置】FD-TC-B 型导热系数测定仪、游标卡尺及电子天平等如图1所示FD-TC-B 型导热系数测定仪，它是由电加热器、铜加热盘C ，橡皮样品盘或胶木样品盘B ，铜散热盘P 、支架及调节螺丝、温度传感器以及控温与测温器组成。
【实验原理】 1、傅立叶热传导方程傅立叶热传导方程正确的反映了材料内部的热传导的基本规律。
该方程式指出：在物体内部，垂直于热传导方向彼此相距B h ，温度分别是121θθθ（和>）2θ的两个平行平面之间，当平面的面积为S 时，在t δ时间内通过面积S 的热量Q δ满足关系：212124B B BQ S d t h h θθθθδλλπδ--== （1） 即热流量tQδδ（单位时间传过的热量）与导热系数λ（又称热导率）、传热面积图1 FD-TC-B 型导热系数测定仪24B d S π=、距离B h 以及温差12θθ-有关。
而λ的物理意义为相距单位长度的两个平面间的温度相差一个单位时的每秒通过单位面积的热量。
不良导体的导热系数一般很小，例如，矿渣棉为0.058，石棉板为0.12，松木为0.15～0.35，混凝土板为0.87，红砖为0.19，橡胶为0.22等。
良导体的导热系数通常比较大，约为不良导体的321010～倍，如铜为4.0×210。
以上各量单位是11W m K --。
2、实验装置如图1所示，固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P ，散热盘P 可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。
散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ，样品盘B 上放置一个圆盘状加热盘C ，其面积也与样品B 的面积相同，加热盘C 是由单片机控制的自适应电加热，可以设定加热盘的温度。
当传热达到稳定状态时，样品上下表面的温度21θθ和不变，这时可以认为加热盘C 通过样品传递的热流量与散热盘P 向周围环境散热量相等。
因此可以通过散热盘P 在稳定温度2θ时的散热速率来求出热流量tQδδ。
实验时，当测得稳态时的样品上下表面温度21θθ和后，将样品B 抽去，让加热盘C 与散热盘P 接触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的2θ值10℃或10℃以上后，移开加热盘，让散热盘在电扇作用下冷却，记录散热盘温度θ随时间t 的下降情况，求出散热盘在2θ时的冷却速率2θθθ=∆∆t，则散热盘P 在2θ时的散热速率为：2Q mc t tθθδθδ=∆=∆ (2)其中m 为散热盘P 的质量，c 为其比热容。
在达到稳态的过程中，P 盘的上表面并未暴露在空气中，而物体的冷却速率与它的散热表面积成正比，为此，稳态时铜盘P 的散热速率的表达式应作面积的修正：2222)(22)P P p P P p R R h Q mc t tR R h θθππδθδππ=+∆=∆+（ (3)其中P R 为散热盘P 的半径，p h 为其厚度。
由（1）式和（2）式可得：2221222)4(22)P P p B BP P p R R h d mch tR R h θθππθθθλπππ=+-∆=∆+（ （4）221)(4)22()2(2BBP P P P d h h R h R tmcπθθθλθθ-++∆∆== (5) 3、实验方法（1）设定加热器控制温度：按实验仪上升温键左边表显示由B00.0可上升到B80.0摄氏度。
一般设定75～80℃较为适宜。
根据室温选择后，再按确定键，显示变为A ××.×之值，即表示加热盘此刻的温度值，加热指示灯闪亮，打开电扇开关，一起开始加热。
（2）加热盘的温度上升到设定温度值时，开始记录散热盘的温度，可以每隔三分钟记录一次，待在10分钟内加热盘和散热盘的温度都基本保持不变，可以认为已经达到稳态了。
（3）按复位键停止加热，取走样品，调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触良好，再设定温度到80℃加快加热C 盘的温度上升（按升温键和确定键）使散热盘在原温度上升10℃左右即可以了。
（4）移去加热盘，让散热盘在风扇作用下冷却，每隔10秒钟（或者稍长时间，如20秒或者30秒）记录该盘的温度。
做散热曲线，计算散热盘的冷却速率。
【实验内容及要求】1、测量散热盘的质量m 、半径P R 、厚度p h ，样品盘的直径B d 、厚度B h 。
2、组装仪器（1）实验时，取下固定螺丝，将橡皮样品放在加热盘和散热盘中间，橡皮样品要求与加热盘、散热盘完全对准；调节底部的三个微调螺丝，使样品与加热盘、散热盘接触良好，但注意不宜过紧或过松；（2）插好加热盘的电源插头；再将2根连接线的一端与机壳相连，另一有温度传感器端插在加热盘和散热盘小孔中，要求传感器完全插入小孔中，并在传感器上抹一些硅油或导热硅脂，以确保传感器与加热盘和散热盘接触良好。
在安装加热盘和散热盘时还应注意使放置传感器的小孔上下对齐。
（注意：加热盘和散热盘两个传感器要一一对应，不可互换）（3）开启导热系数测定仪电源后，左边表头首先显示从FDHC,然后显示当时温度，当转换至b==.=,使用者可以设定控制温度。
设置完成后“确定”键，加热盘即开始加热。
左边显示加热盘温度，右边显示散热盘的当时温度。
（4）加热盘的温度上升到设定温度值时，开始记录散热盘的温度，可每隔3分钟记录一次，待在10分钟或更长的时间内加热盘和散热盘的温度值基本不变，可以认为已经达到稳定状态了。
（5）按复位键停止加热，取走样品，调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触良好，再设定温度到80℃，加快散热盘的温度上升，使散热盘温度上升到高于稳态时的温度2θ值10℃左右即可。
（6）移去加热盘，让散热盘在风扇作用下冷却，每隔10秒（或者30秒）记录一次散热盘的温度示值，由临近2θ值得温度数据中计算冷却速率2θθθ=∆∆t。
也可以根据记录数据做冷却曲线，用镜尺法作曲线在2θ点的切线，根据切线斜率计算冷却速率。
（7）根据测量得到的稳态时的温度值21θθ和，以及在温度2θ时的冷却速率，由公式（5），计算不良导体样品的导热系数。
【注意事项】1、为了准确测定加热盘和散热盘的温度，实验中应该在两个传感器涂些导热硅脂或硅油，以使传感器和加热盘、散热盘充分接触；另外，加热橡皮样品的时候，为了达到稳定的传热，调节底部的三个微调螺丝，使样品与加热盘、散热盘紧密接触，注意不要中间有空隙；也不要将螺丝旋太紧，以影响样品的厚度。
2、导热系数测定仪铜盘下方的风扇做强迫对流换热用，减小样品侧面与底面的放热比，增加样品内部的温度梯度，从而减小实验误差，所以实验过程中，风扇一定要打开。
【数据记录与处理】1、橡皮材料的导热系数测量数据记录（散热盘比热容（紫铜）：385c J Kg K =） 表一 散热盘P ：质量m= (K g ) ；半径=P R (cm ) ；厚=P h (cm )表二 橡皮盘B ：直径B d = (cm)； 厚=B h(cm)211= (℃2= (℃表四 散热盘自然冷却时温度记录散热速率=∆∆tθ= ℃/s （三位有效数字） 要求写出计算过程，并画出散热曲线！ 修正系数222P PP PR h R h ++=导热系数221)(4)22()2(2BBP P P P d h h R h R tmc πθθθλθθ-++∆∆===--（三位有效数字）=11W m K要求代入数据写出计算过程，并计算出最终结果！【思考题】1、应用稳态法是否可以测量良导体的导热系数?如可以，对实验样品有什么要求?实验方法与测不良导体有什么区别？2、散热盘下方的轴流式风扇器什么作用？如果它不工作时，实验能否进行？3、本实验中产生系统误差的主要原因来那些方面？可以采取哪些措施使之减小或消除？讲义二：用稳态法测量不良导体的导热系数【实验目的】1、 感知热传导现象的物理过程；2、 学习用稳态法测量不良导体的导热系数；3、学习利用物体的散热速率测量传热速率；4、学习用温差电偶测量温度的原理和方法。
【实验仪器和用具】导热系数测定仪（FD —TC —II ）、橡皮圆盘（待测样品）、温差电偶（2对）、保温杯、数字式电压表（FPZ —II ）、9Q 连接线、电子秒表、游标卡尺、电子天平、冰块。
【实验原理】 1、傅里叶热传导方程导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量。
测定材料的导热系数在设计和制造加热器、散热器、传热管道、冰箱、节能房屋等工程技术及很多科学实验中都有非常重要的应用。
如图（一）所示。
设一粗细均匀的圆柱体横截面积为S ，高为h 。
经加热后，上端温度为1T ，下端温度为2T ，12T T ，热量从上端流向下端。
若加热一段时间后，内部各个截面处的温度达到恒定，此时虽然各个截面的温度不等，但相同的时间内流过各截面的热量必然相等（设侧面无热量散失），这时热传递达到动态平衡，整个导体呈热稳定状态。
法国数学家、物理学家傅里叶给出了此状态下的热传递方程图（一）2h 112T T QS t hλ-∆=∆ （1） Q ∆是t ∆时间内流过导体截面的热量，Qt∆∆叫传热速率。
比例系数λ就是材料的导热系数（热导率），单位是()W m K 瓦米开。
在此式中，S 、h 和1T 、2T 容易测得，关键是如何测得传热速率Qt∆∆。
2、用稳态法间接测量传热速率如图二所示，将待测样品夹在加热盘与散热盘之间，且设热传导已达到稳态。
由（1）式可知，加热盘的传热速率为22121212()144T T T T d T T Q S d t h h hλπλλπ---∆===∆ （2） d 为样品的直径，h 为样品的厚度。
散热盘的散热速率为2T T Q T Cm t t=∆∆=∆∆ （3）C 为散热盘材料的比热，m 为散热盘的质量，2T T T t =∆∆表示散热盘在温度是2T 时的冷却速率。
（2）、（3）两式右边相等：2212()4T T d T T TCmhtλπ=-∆=∆，22124()T T Cmh T d T T tλπ=∆∴=-∆ （4）（4）式表明，无需直接测量传热速率Qt∆∆，但必须测量散热盘在稳态温度2T 时的冷却速率Tt∆∆，测量冷却速率的方法是，在读取稳态温度1T 、2T 后。
将样品盘抽走，用加热盘与散热盘直接接触，给散热盘加热，使散热盘的温度升高到高于2T 的某个适当值；然后再移开加热盘，让散热盘在空气中作自然冷却，每隔一T 2T 加热铜盘 待测样品 散热铜盘图二定的时间测一次温度值，即可求出在2T 附近的冷却速率Tt∆∆。