熱分析
有三種傳熱機(jī)制。這些機(jī)制分別是:
? 傳導(dǎo)
? 對(duì)流
? 輻射
熱分析計(jì)算物體中由于以上部分或全部機(jī)制所引起的溫度分布。在所有三種機(jī)制中,熱能從具有較高溫度的介質(zhì)流向具有較低溫度的介質(zhì)。傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱需要有中間介質(zhì),而輻射傳熱則不需要。
熱流量和熱量源可以由恒溫器控制。
傳導(dǎo)
傳導(dǎo)是熱能通過(guò)物質(zhì)的原子或分子間的相互作用從一點(diǎn)傳送至另一點(diǎn)的傳熱機(jī)制。傳導(dǎo)發(fā)生在固體、液體和氣體中。
傳導(dǎo)不涉及物質(zhì)的任何整體運(yùn)動(dòng)。氣體通過(guò)高能分子間的直接碰撞傳熱,由于氣體是稀釋的介質(zhì),因此氣體的熱導(dǎo)率相對(duì)于固體較低。在液體中的能量傳導(dǎo)與在氣體中相同,所不同的是,由于液體分子間的距離更近,分子力場(chǎng)對(duì)碰撞過(guò)程中的能量交換影響更強(qiáng),因此情況更加復(fù)雜。非金屬固體通過(guò)點(diǎn)陣振動(dòng)傳熱,因此熱在傳播時(shí)沒(méi)有介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。由于金屬具有攜帶熱能的自由電子,因此,與非金屬相比,在常溫下金屬是更好的導(dǎo)體。
傳導(dǎo)傳熱遵循傅立葉定律,其中提出:熱傳導(dǎo)速率 Q傳導(dǎo) 與傳熱面積 (A) 和溫度梯度 (dT/dx) 成正比,即:
Q傳導(dǎo) = - K A (dT/dx)
其中 K 是熱導(dǎo)率,用來(lái)度量材料的導(dǎo)熱能力。K 的單位是 W/m.oC 或 (Btu/s)/in.oF。對(duì)于如下所示的平面墊片,熱傳導(dǎo)速率通過(guò)以下公式計(jì)算:
Q傳導(dǎo)= - K A ( TH - TC )/L
此圖 顯示了液體、非金屬固體和純金屬在常溫和常壓下熱導(dǎo)率的范圍值。
熱導(dǎo)率 (K) 的溫度依賴性
對(duì)于大多數(shù)材料,K 隨溫度而變化。在氣體中,它在低壓下會(huì)隨溫度而上升,但在金屬或液體中,則可能上升或下降。
下表列出了所選材料的熱導(dǎo)率 (W/m.oK) 對(duì)溫度 (oK) 的值:
金屬 溫度 (oK)
103 173 273 373 473 573 673 873
不銹鋼 15 17 19 21 25
鉛 40 37 36 34 33 32 17(液體) 20(液體)
白金 78 73 72 72 72 73 74 77
鋅 124 122 122 117 110 106 100 60(液體)
硅 856 342 168 112 82 66 54 38
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