传导

传导是热能通过物质的原子或分子间的相互作用从一点传送至另一点的传热机制。传导发生在固体、液体和气体中。

传导不涉及物质的任何整体运动。气体通过高能分子间的直接碰撞传热,由于气体是稀释的介质,因此气体的热导率相对于固体较低。在液体中的能量传导与在气体中相同,所不同的是,由于液体分子间的距离更近,分子力场对碰撞过程中的能量交换影响更强,因此情况更加复杂。非金属固体通过点阵振动传热,因此热在传播时没有介质的运动。由于金属具有携带热能的自由电子,因此,与非金属相比,在常温下金属是更好的导体。

传导传热遵循傅立叶定律,其中提出:热传导速率 Qconduction 与传热面积 (A) 和温度梯度 (dT/dx) 成正比,即:

Qconduction = - K A (dT/dx)

其中 K 是热导率,用来度量材料的导热能力。K 的单位是 W/m.ºC 或 (Btu/s)/in.ºF。对于如下所示的平面垫片,热传导速率通过以下公式计算:

Qconduction = - K A ( TH - TC )/L

下图显示了液体、非金属固体和纯金属在常温和常压下热导率的范围值。

热导率 (K) 的温度依赖性

对于大多数材料,K 随温度而变化。在气体中,它在低压下会随温度而上升,但在金属或液体中,则可能上升或下降。

下表列出了所选材料的热导率 (in W/m.ºK) 对温度 (in ºK) 的值:

金属 Temperature (ºK)
103 173 273 373 473 573 673 873
不锈       15 17 19 21 25
40 37 36 34 33 32 17(液体) 20(液体)
白金 78 73 72 72 72 73 74 77
124 122 122 117 110 106 100 60(液体)
856 342 168 112 82 66 54 38