導熱的基本定律和導熱系數(shù)

　　傅里葉(Fourier)研究了固體的導熱現(xiàn)象，于1822年提出:在純導熱現(xiàn)象中，單位時間內(nèi)通過給定面積的熱量，正比于該處的溫度梯度及垂直于一導熱方向的截面面積。其數(shù)學表達式為式中幾—比例系數(shù)，稱為導熱系數(shù)。 式(3-2)就是導熱的基本定律，通稱傅里葉定律。式中負號表示熱量傳遞的方向與溫度梯度的方向相反。單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量稱為熱流密度，用4表示。

　　導熱系數(shù)

　　導熱系數(shù)是物質(zhì)的一種物性參數(shù)，它表示物質(zhì)導熱能力的大小，其數(shù)值就是單位溫度梯度作用下，物體內(nèi)所允許的熱流密度值。各種不同的物質(zhì)導熱系數(shù)是不同的，即使對于同一物質(zhì)，加熱爐其導熱系數(shù)也是隨著物質(zhì)的結構(密度、孔隙度)、溫度、壓力和濕度而改變。各種物質(zhì)的導熱系數(shù)都是用實驗方法測定的，一些常用物質(zhì)的導熱系數(shù)可以由附錄表6查得。

　　各種物質(zhì)中金屬的導熱系數(shù)**，純金屬中加人任何雜質(zhì)，導熱系數(shù)便迅速降低。高碳鋼的導熱系數(shù)比軟鋼低，高合金鋼的導熱系數(shù)則更低。

　　耐火材料和絕熱材料的導熱系數(shù)一般都比較小，凡的數(shù)值在0。023-2。91W/(m"℃)的范圍內(nèi)，因為導熱系數(shù)低，爐內(nèi)通過砌體傳導的熱損失小。小于0。23W/(m"C)的材料用于熱絕緣，所以又稱絕熱材料。只有少數(shù)情況下，需要耐火材料具有良好的導熱性，例如馬弗罩用的材料等。

　　氣體的導熱系數(shù)較固體為小，一般在0。006-0。6W/(m"℃)，例如空氣在0℃時的導熱系數(shù)為。024W/(m"℃)。因此，固體材料中如果有大量氣孔，則對材料的導熱性能影響很大，多數(shù)筑爐的絕熱材料具有很低的導熱系數(shù)，其中有大量孔隙是重要原因。又如金屬板垛或板卷的加熱比整塊實體金屬加熱要慢，也是由于板與板之間有縫隙。很多材料的導熱系數(shù)都是隨溫度而變化的，變化的規(guī)律比較復雜。但在工程計算中為了應用方便，近似地認為導熱系數(shù)與溫度成直線關系。