密度和温度对岩矿棉材料导热系数的影响_吴清仁

kg/m);指出岩矿棉材料导热系数随着温度的升保温材料与建筑节能密度和温度对岩矿棉材料导热系数的影响一、引言吴清仁曾慧奚同庚摘要:采用稳态平板法研究了密度对岩矿棉绝热材料导热系数的影响,结果表明,对于化学组成确定的岩矿棉材料,在一个大气压下,存在着最小导热系数值相对应的最佳密度范围(80~1003高而增大,主要是分布在其孔隙中的空气的作用,并给出了岩矿棉材料导热系数与温度之间的关联式。关键词:岩矿棉材料导热系数保温隔热材料的优选和保温结构的优化设计提供科学依据。岩矿棉作为隔热保温材料,用于各类窑炉和输热管道的保温节能。在近20多年来迅速发展的隔热保温节能技术中,由于其节能效益显著,尤其引人注目。然而,在高温硅酸盐工业窑炉窑墙保温结构的优化设计和计算中,由于对岩矿棉绝热材料热物理性质的测试和研究不多,影响了对该材料的优选和保温结构优化设计的准确性。二、实验方法原理稳态平板法的测量原理为傅利叶导热定律。对于一个厚度为,截面积为s的平行平面平板,维持两面有稳定的温度T1和T2(T1T2),在圆型或方型平板试样内产生一个沿纵向的稳定的一维热流q,根据傅利叶导热方程,可得出具有纵向热流的圆型单层平板试样的导热系数为:本文用稳态平板法测试和研究岩矿棉导热系数与密度和温度之间的关系,以便找到这种绝热材料所具有的最佳绝=Tqd2(1)热能力,即最小导热系数值相对应的最佳密度范围,从而为表观密度的关系。随着表观密度的增大,导热系数增大,保温性能降低。4泡沫混凝土和加气混凝土的性能指标,作为对比。从对比结果看,双免粉煤灰保温材料与泡沫混凝土、加气混凝土比较,表观密度足以满足要求,保温性能较优,而强表2保温材料性能指标材料表观密度(kg/m3)抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)导热系数(W/mK)双免保温材料360~480180~290036~0600072~0093泡沫混凝土加气混凝土300~500400~70004040082~01860093~0164度则远优于后二者。此外,还有制作工艺简单、能耗低及粉煤图2强度、导热系数与表观密度的关系灰利用率高等优点,是一种值得推广的保温节能材料。三、结论作者单位山东烟台大学土木系双免粉煤灰保温材料的性能指标见表2。同表列出了新型建筑材料5/1997作者地址264005山东烟台市21单位时间流过s(=d/4)面积的热量(W)度(kg/m)下,当80kg/m时,随着m范围内出现导热系数的最小值,这密度范围称为最佳密度范围;而当100kg/m时,随着的增大,=0.0206+2.49510下,其最佳密度范围为80~100kg/m。小值相对应的密度为95kg/m的岩矿棉板材,在不同的温度保温材料与建筑节能式中q2验试样。其主要化学成分见表1。T直径为d的圆型试样沿厚度为方向的温度差表1岩矿棉试样化学成分(%)(T1-T2)(K)SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO为了保证圆型平板内沿纵向产生一维热流,本试验利用38~447~1405~1025~338~18岩矿棉材料的低导热性特点,把试样做得较薄而直径较大,使之成为d/=13/0.8510的无限大平板。把试样夹在由红外线加热的热铜盘和没有加热的散热铜盘之间,试样热面和冷面的中心区域便存在一较好的等温面,等温面之间则产生一个均匀的沿纵向的稳定热流,这样,试样中心以外的部分实际上起着防止径向热量损失的自身防热套作用,可把试样中心切割岩矿棉材料,制成直径为13cm,厚度为085cm的圆型平板试样,供稳态平板法在348K(75)温度下测定其导热系数。稳态平板导热仪为复旦大学科仪厂制造。四、实验结果与讨论1岩矿棉材料导热系数与密度的关系区作为测试区。用(1)式就可计算出导热系数值。密度是影响保温材料导热系数的重要因素之一。对于不三、试样制备同密度的岩矿棉板材,在一个大气压和348K(75)温度下进行导热系数的测定。结果示于表2。以广东南方新型建材集团公司生产的岩矿棉材料作为试表2密度对岩矿棉板材导热系数的影响密340608095100120150180200导热系数W/(mK)004110040700403004000040600416004230043400451岩矿棉板材一般由岩矿棉纤维及其间孔隙中的空气所组成。空气在273K静止状态下的导热系数仅是0026/(mK),与固相岩矿棉纤维导热系数相差悬殊。因此,一般来说,密度小,气孔多的岩矿棉材料的导热系数小,这是空气导热系数小起重要作用。但是,当密度小到一定程度,孔隙中空气对流传热和孔壁的热辐射将会增加,导致总的导热系数增大。正如表3表明,岩矿棉材料导热系数随着温度的升高而不断增大。根据绝热材料热传递机理,温度的变化对固相岩矿棉的导热和对流传热影响比较小,而对气相导热和热辐射的影响比较大。这是因为空气导热与绝对温度的平方根近似成正比;热辐射的作用则随着温度的升高而成三次方增大。因此,岩矿棉材料导热系数随着温度的升高而增大,主要归于气相表2所示,岩矿棉材料在一个大气压和348K(75)温度条件导热和热辐射的作用。3的减小,增大;在80~100kg/根据实验结果进行回归分析,可得到岩矿棉材料的与3Tm的关联式(室温Tm500,Tm为平均温度):3升高。这是因为-4Tm(2)岩矿棉材料固相导热代替气相导热而成为影响总的导热系数的主要因素,导致导热系数随着密度增大而增大。2岩矿棉材料导热系数与温度的关系温度是影响岩矿棉材料导热系数的另一个重要因素。作为隔热保温材料的岩矿棉材料,主要应用于工业热工设备、窑炉和输热管道的外壁保温节能,一般的使用范围为室温~五、结论1岩矿棉材料密度的变化幅度较大,在达到最佳密度之前,随着密度的增加,导热系数逐渐减小;在达到最佳密度之后,随着密度的增加,导热系数也不断增大。在一个大气压3500。根据国家玻璃纤维质量监督检测中心,对导热系数最2岩矿棉材料的导热系数随着温度的升高而增大。根据3实验测得的数据,归纳成Tm的经验关系式(2),适用的温下,所测得的导热系数数据列于表3。度范围为室温Tm500。表3温度对岩矿棉板材导热系数的影响Tm()75131193250311465作者单位华南理工大学无机材料系(W/mK)22004000054000714008510101801326作者地址收稿日期510641广州五山1996-10-04新型建筑材料5/1997