材料的热传导与热稳定性.ppt

材料的热传导与热稳定性
基本概念:
热传导(热能工程、制冷技术、燃汽轮机叶片散热)
热导率(λ)-热阻率ω=1 /λ
热扩散率(α)
基本规律:
傅立叶(Fourier)定律:
魏德曼-弗兰兹定律:
材料的热传导
热导率λ
(Thermal Conductivity):
(1)稳定传热过程:
定义
傅立叶(Fourier)定律:
热传导:材料中热量由高温向低温区域传递的现象。
单位温度梯度下,单位时间内通过单位垂直面积的热量。λ导热能力。
常温下不同材料的热导率λ
铝:205;铜:385;银:414;钢:46;
冰:;混泥土:;玻璃:;
木材:;氢气:;氧气:;
空气:.
材料的热传导
对于一个外界无热交换,本身又存在温度
梯度的物体,单位面积上的温度随时间的
变化率为:
定义
热扩散率:
(1)不稳定传热过程:
导热能力:λ
储热能力:Cv
热扩散率:α
魏德曼-弗兰兹定律:许多金属的热导率与
电导率之比与温度成正比: λ/ σ= LT
固体材料热传导的微观机理
固体导热:电子导热,声子导热和光子导热。
金属:主要是电子导热为主,
合金/半导体:电子/声子导热,
绝缘体:声子导热
热传导过程:材料内部的能量传输过程
能量的载体:电子(德布罗意波)
声子(格波):声频波的量子
光子(电磁波)
热传导的物理机制
声子热传导:声子从高浓度到低浓度区域的扩散过程。
热阻: 声子扩散过程中的各种散射。
热传导系数λ:
其中,c:声子比热容;v:声子传播速度;l:声子平均自由程。
声子和声子导热微观机理
格波的传播看成是质点-声子的运动;
格波与物质的相互作用,则理解为声子和物质的碰撞;
格波在晶体中传播时遇到的散射,则理解为
声子同晶体质点的碰撞;
理想晶体中的热阻,则理解为声子与声子的碰撞。
晶体中,热传导的实质就是碰撞。
光子的导热:光子在介质中的传播过程
(光的散射、衍射、吸收、反射和折射)
热辐射:热射线的传递过程
(可见光与部分近红外光的区域)
光子和光子导热微观机理
影响热导率的因素
温度的影响
显微结构的影响
化学组成的影响
气孔的影响
温度的影响
温度较低时,主要是声子传导
自由程则有随温度的升高而迅速降低的特点
高温时,λ则迅速降低, 在40K附近,出现极大值。当达到1600K时,由于辐射传热,λ又有所升高
热导率随温度的变化