两种不同年度的气体混合后导热系数如何计算?

Question

如题所述

Answer 1

导热系数的计算是导热量除以温度梯度。

2)首先把温度梯度计算出来，导热量在实验中是不变的电阻丝功率。温度梯度要连续测几次，直到稳定不变为止。所以这个实验关键是保证时间足够让温度场稳定。
根据傅立叶导热定律,相关的导热系数计算公式表达如下：

Φ＝-λA(dt/dx)

q＝-λ(dt/dx)

其中Φ为导热量,单位为W

λ：导热系数

A：传热面积,单位为㎡

t：温度,单位为K

x：在导热面上的坐标，单位为m

q：沿x方向传递的热流密度（严格地说热流密度是矢量,所以q应是热流密度矢量在x方向的分量）单位为W/㎡

dt/dx：物体沿x方向的温度变化率

一般形式的数学表达式：q=-λgradt=-λ(dt/dx)n

式中：gradt是指空间某点的温度梯度（temperature gradient）；n是指通过该点的等温线上的法向单位矢量,指温度升高的方向。
上述式中负号表示传热方向与温度梯度方向相反
λ表征材料导热性能的物性参数（λ越大,导热性能越好）。
导热系数也叫导热率（thermal conductivity），导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,℃）,在1秒钟的时间内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米.度（W/m.K，此处的K也可以用℃代替）。是表示材料热传导能力大小的物理量，使用傅立叶定律作为其导热系数的计算公式。
材料的导热系数会随组成成分、物理结构、物质状态、温度、压力等而变化。不同成分的导热率差异较大，导致由不同成分构成的物料的导热率差异较大。空气为热的不良导体，单粒物料的导热性能好于堆积物料。
此外，一般上面我们定义的导热系数是针对均质材料而言的。实际情况下，还存在有多孔、多层、多结构、各向异性材料，此种材料获得的导热系数实际上是一种综合导热性能的表现，也称之为平均导热系数。

Answer 2

导热系数若将式(3—1)改写成(3—2)可知导热系故λ的物理意义是：壁面面积为1m2，壁厚度为1m，两面温差为1K时，单位时间内以传导的方式所传递的热量。导热系数值愈大，则物质的导热能力愈强，所以，导热系数是物质导热能力的标志，为物质的物理性质之一。不同的物质，其导热系数不相同。需要提高导热速率时，可选用λ值大的材料，反之，若要降低导热速率时，应选用λ值小的材料。表3—1所列为一些常用物质的导热系数。从表中数据可以看到，不同物质的导热系数可以相差很大。金属材料的导热系数较大，固体非金属材料的导热系数较小，而气体的导热系数最小。一些保温材料的导热系数之所以很小，就是因为它密度较小，孔隙度大，其中很大一部分空间是空气的缘故。影响导热系数的因素主要有：物质的种类和组成、物质的内部结构和物理状态、湿度、温度、压强等。对于固体材料，当结构和组成一定时，导热系数主要受温度的影响(对金属来说还与纯度有关)。导热系数与温度近似成直线关系，可用下式表示：(3·3)式中：λ——固体在温度为t℃时的导热系数，W·m－1℃－1；λ0——固体在温度为0℃时的导热系数，W·m－1℃－1；α——温度系数，℃－1，对大多数金属材料为负值，对大多数非金属材料为正值。溶液及气体混合物的导热系数，可通过实验测定，如缺乏实测条件，可按纯物质的导热系数进行估算：有机物互溶混合液(3—4)水和有机化合物互溶混合液又： (3—5)上述两式中：人——溶液的导热系数，W·m－1℃－1；λi——i组分的导热系数，W·m－1℃－1；αi ―― i组分的质量分率。气体混合物(3—6)式中： λi——i组分的导热系数，W·m－1℃－1；yi——i组分的摩尔分率；Mi——i组分的分子量。导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,°C）,在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度（W/m?K,此处的K可用°C代替）。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05瓦/米?度以下的材料称为高效保温材料