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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划热传递与材料第二节传导传热传导传热也称热传导，简称导热。导热是依靠物质微粒的热振动而实现的。产生导热的必要条件是物体的内部存在温度差，因而热量由高温部分向低温部分传递。热量的传递过程通称热流。发生导热时，沿热流方向上物体各点的温度是不相同的，呈现出一种温度场，对于稳定导热，温度场是稳定温度场，也就是各点的温度不随时间的变化而变化。本课程所讨论的导热，都是在稳定温度场的情况下进行的。一、传导传热的基本方程式-傅立叶定律在一质量均匀的平板内，当t1t2热量以导热方式通过物体,从t1向t2
2、方向传递,如图3-7所示。图3-7导热基本关系取热流方向微分长度dn，在dt的瞬时传递的热量为Q，实验证明，单位时间内通过平板传导的热量与温度梯度和传热面积成正比，即：dQdAdt/dn写成等式为：dQ=-dAdt/dn(3-2)式中Q-导热速率，w;A-导热面积，m2；dt/dn-温度梯度，K/m；-比例系数，称为导热系数，w/mK；由于温度梯度的方向指向温度升高的方向，而热流方向与之相反，故在式乘一负号。式称为导热基本方程式，也称为傅立叶定律，对于稳定导热和不稳定导热均适用。二、导热系数导热系数是物质导热性能的标志，是物质的物理性质之一。导热系数的值越大，表示其导热性能越好。物质的导热性能
3、，也就是数值的大小与物质的组成、结构、密度、温度以及压力等有关。的物理意义为：当温度梯度为1K/m时，每秒钟通过1m2的导热面积而传导的热量，其单位为W/mK或W/m。各种物质的可用实验的方法测定。一般来说，金属的值最大，固体非金属的值较小，液体更小，而气体的值最小。各种物质的导热系数的大致范围如下：金属420w/mK建筑材料3w/mK绝缘材料w/mK液体w/mK气体w/mK固体的导热在导热问题中显得十分重要，本章有关导热的问题大多数都是固体的导热问题。因而将某些固体的导热系数值列于表3-1，由于物质的影响因素较多，本课程中采用的为其平均值以使问题简化。表3-1某些固体在0100时的平均导热系
4、数三、平面壁稳定热传导1、单层平面壁设有一均质的面积很大的单层平面壁，厚度为b，平壁内的温度只沿垂直于壁面的x轴方向变化，如图3-8所示。图3-8单层平壁稳定热传导在稳定导热时，导热速率Q不随时间变化，传热面积A和导热系数也是常量，则傅立叶公式可简化为：将此式积分，当x=0，t=t1;x=b时，t=t2,积分结果为：若改写成传热速率方程的一般形式，则有：(3-4)式中b-平面壁厚度，m；t-平壁两侧温度差，即导热推动力，K；R=b/A-导热热阻，K/W。此式说明，单层平面壁的导热速率，与推动力t成正比，与热阻成反比。例3-1加热炉的平壁用耐火砖砌成，壁厚，测得壁的内表面温度为700，外表面温度
5、为100，耐火砖的导热系数=/mk,求每小时每平方米壁面所传递的热量。解：这是一个平面壁稳定热传导的问题，将式移项得:将t1=700，t2=100，=/mk,b=代入：Q/A=(700-100)/=1969w/m2=7088KJ/m2hr2、多层平面壁在工业生产上常见的是多层平壁，如锅炉的炉墙。现以一个三层平壁为例，说明多层平面壁稳定热传导的计算。如图3-9所示。图3-9多层平面壁的热传导设各层壁厚及导热系数分别为b1,b2,b3及1,2,3.内表面温度为t1,外表面温度为t4,中间两分界面的温度分别为t2和t3。对于稳定导热过程，各层的导热速率必然相等。将式分别用于各层，可得：即t1=Q1R
6、1(a)即t2=Q2R2(b)即t3=Q3R3(c)(a)+(b)+(c)有：t1+t2+t3=Q1R1+Q2R2+Q3R3稳定热传导时：Q1+Q2+Q3=Q故：将式推广到一个层数为n的多层平壁，有：由于Q=t1/R1=t2/R2=t3/R3,可得：t1：t2：t3=R1：R2：R3式说明，多层平壁内各层的温度降与热阻成正比。例3-2有一炉壁由下列三种材料组成：耐火砖1=/mb1=240mm保温砖2=/mb2=120mm建筑砖3=/mb3=240mm今测得内壁面温度为930，外壁面温度为70，求每平方米面积的壁面的热损失和各层接触面上的温度。例3-2附图解：由式材料的导热率傅力叶方程式：Q=K
7、AT/d,R=AT/QQ: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
8、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=AT/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ASTMD547
9、0。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
10、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
11、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实验二：热在金属圆片上的传递，中心采用电烙铁加热实验三：热在不同材料上的传递实验四：热在不同金属上的传递创新实验的亮点：1、操作简单，安全省时，效果明显，有效提高了实验的效率。2、变抽象为直观形象，更符合小学生的认知特点。3、实验材料可重复使用，节约资源。4、充分运用新奇的科学材料，不断改进实验，既能使课堂变得高效，又能激发学生科学探究的兴趣和创新精神。说课过程尊敬的各位专家评委、老师们，大家下午好。一、教材分析与创新对比1、教材呈现今天我要讲的是热传递系列实验创
12、新。热传递系列实验是五年级下册第二单元热的第6课和第7课的内容，总共有5个实验。通过这5个实验，探究构建热传导-热的良导体和不良导体在不同的金属上的导热性能。在不同的金属条上粘上火柴，然后在一端加热，观察火柴掉下情况，从而推测材料的导热性能。2、原实验的不足之处我在教学的实验过程中时候，发现这几个实验有几点不足：在实验操作过程中火柴用蜡粘在铁丝上难度大、耗时长。学生不能直观地看到热传递过程，要根据现象推测结论。实验操作稍有不慎就会失败。3、实验的创新创新了实验器材，能让学生非常直观地看到热传导的过程和方向，改变了实验原型要依靠现象来推测结论这一不足，让教学结论能直观形象地展现。改进了实验方法，
13、简化了实验步骤，操作见到。该实验材料能重复使用，节约资源。二、实验前的准备1、呈现改进后的实验盒这是我们自制的多个热传递实验的实验盒，我们在实验时，一定要强调安全实验操作。实验盒里有哪些实验材料呢：支架、固定夹、涂有温变油墨的金属条金属圆片。2、介绍实验原理现在我手上拿的就是涂有温变油墨的金属圆片，呈现出黑色的部分就是涂有温变油墨的部分。我们实验的原理就是：利用热导，温变油墨会随着温度的升高而变色，从而呈现出“热”从温度高的部分向温度低的部分传递的过程。仔细说明一下，我们现在看到的金属圆片上涂着黑色的温变油墨，当我们加热的时候，金属圆片的温度会升高，它会由黑色变为红色。当金属圆片的温度降到一定
14、程度后呢，它又会由红色变回为原来的颜色。三、操作实验为了见证实验的效果，我们现在开始进行实验操作。1、实验一：热在金属条上的传递首先，我们将实验用的支架装好，这个支架就相当于实验室用的铁架台。支架装好后，再将试验用的涂有温变油墨的金属条末端固定在支架上。然后把酒精灯放在金属条的最前端。大家可以看到，进过改良后，我们的实验操作变得非常简单了，再也不用一根一根的用蜡去粘火柴了。牵扯到很多实验，可以用来探究其他知识，使实验变得更高效。不仅如此，更突出的是我们看实验现象更加直观、形象。请大家注意观察。用火柴点酒精灯观察：观察在实验过程中，金属条上温变油墨的颜色变化。大家可以看到，实验效果很快，而且非常明显。温变油墨的颜色正由加热的一端向另一端逐渐变红。结论：这就说明，热由温度高的一端向温度低的一端传递。加热中间：为了更进一步的说明呢，我们还可以加热金属条的中间。请大家注意，这个时候金属条中间的温度高，而两边的温度低。结论：温变油墨的颜色变化清楚的告诉我们，热由温度高的中间逐渐向温度低的两端传递。2、实验二：热在金属圆片上的传递热在金属条上的传递效果已经很明显了，那我们改变金属的形状，用金属圆片，那么热又会怎么传递呢？接下来做的实验就是热在金属圆片上的
