一、热传导

一、热传导

热量从物体的一部分传到另一部分的现象,或热量通过相互接触的物质从高温区向低温区流动的过程,称为热传导或导热。其传热方式是依靠物质彼此接触的微粒相互碰撞来交换能量的。热传导主要发生在固体物质中。

(一)影响热传导的因素

设有表面积为F的一块平板(或墙),它的导热如图2-4所示。板的厚度为d,两侧表面的温度各为T1T2

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图2-4 平板的导热

实验证明,单位时间内通过平板所传递的热量Q跟表面积F、两侧表面的温差ΔT(即T1-T2)和时间t成正比,跟厚度d成反比,即

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式中 λ——材料的热导率[W/(m·K)]。

上式称为导热定律,又称傅里叶定律。从导热定律中可以看出影响热传导的因素,主要有4点。

1.温度差

温度差是热传导的推动力。式中ΔT/d表示在导热方向单位距离上的温度变化,称为温度梯度。单位时间内传导的热量Q与温度梯度成正比,也就是温度差越大,导热方向的距离越小,则传导的热量也越多。在火场上,燃烧区温度越高,传导出的热量越多。

2.热导率

热导率λ(也称导热系数)是指:把材料做成长1m,截面为1m2的柱体,当其两侧的温差是1℃时,1h内传递的热量。热导率可以反映出材料的导热能力的大小。不同的物质,其热导率是不相同的。固体物质是强的导热体,液体物质次之,气体物质最弱。但固体物质是多种多样的,其热传导能力也各有不同。金属物质一般都是热的良导体,玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮等非金属物品都是热的不良导体。石棉的导热性能较差,常作为绝热材料。通常将λ<0.837kJ/(m·h·℃)的材料称为隔热材料。几种典型材料的热导率见表2-9。

热导率的值,不仅同材料的种类有关,还与温度有关。热导率越大的物质传导热量的能力越强,在火场上,热导率大的物质易成为火灾发展蔓延的途径。

表2-9 20℃时几种典型材料的热导率λ的值

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3.导热物体的厚度(距离)和截面积

导热物体的厚度(距离)d越小,截面积F越大,传导的热量越多。例如,通过较厚墙壁传导的热量小于通过较薄墙壁的热量;通过截面积较大的物体传导的热量大于通过截面积较小物体传导的热量。

4.时间

在其他条件相同时,时间越长,传导的热量越多。有些隔热材料虽然导热性能差,但经过长时间的热传导,也能引起与其接触的可燃物燃烧。

(二)热传导与火灾

从消防观点来看,导热性良好的物质对灭火战斗是不利的。火灾分区内燃烧产生的热量,经由导热性好的建筑构件或建筑设备传导,能蔓延到水平相邻或上下层房间。例如,各种金属管壁,都可以把火灾分区的燃烧热传至另一侧,使得相近的可燃、易燃物体燃烧,导致火场扩大。火灾通过热传导的方式蔓延,有两个特点:①火灾现场必须有导热性好的媒介,如金属构件。②蔓延的距离较近,一般只能是相邻的建筑空间。热传导导致蔓延扩大的火灾,规模是有限的。但为了制止由于导热而引起火势扩展,在火灾扑救中,应不断地冷却被加热的金属构件,并防止构件塌陷伤人;迅速疏散、清除或用隔热材料隔离与被加热的金属构件相靠近的可燃物,以防止扩大火势。