2 颗粒材料的热传导性能

本文对于颗粒材料热传导的研究基于试验研究的思想，主要研究颗粒堆积材料的整体热 传导性能，并作以下假设：

（1）颗粒间隙中为真空条件或填充气体的对流传热可忽略不计；

（2）颗粒间隙间的辐射传热忽略不计。

现研究一排列规则的颗粒堆积材料，如图 2。1 所示，在颗粒材料上下两端面添加恒温边 界条件，四周为绝热环境。当颗粒材料热传导达到稳态时，进入一端面的传热量等于另一端 面传出的热量，由于规则排列，上下端面面积视为相等，根据一维傅里叶导热定律有：

λp --- 颗粒材料在热传导方向上的有效导热系数（也称有效热导率），w/m·k  ；

T --- 传导方向上的温度梯度，k/m ；

X

q --- 传导方向上的热流量，w/m2  。

温度梯度 ΔT/ΔX 可根据颗粒材料边界条件及尺寸求得，热流量 q 也可根据实验器材测 得，如热流计。从而可以计算出有效导热系数λp  ：

不同物质一般表现出不同的导热系数，而相同物质的导热系数则与其的分子结构、密度、 湿度、温度、压力等因素有关。同样，颗粒材料作为一种特殊材料，其有效导热系数不仅仅

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与堆积颗粒的材料有关，还取决于诸多因素，如颗粒尺寸、负载条件等。

2。1 粒径的影响

颗粒材料热传导性能研究表明，在其他条件相同（如：约束条件、负载条件、颗粒材料 总质量等）的情况下，材料相同、粒径不同的堆积颗粒表现出的整体热传导性能也大不相同， 如图 2。2 所示。文献综述

图 2。2 不同颗粒尺寸的堆积颗粒导热系数对比图（Weidenfeld 等，[27]）

在外界条件相同，且颗粒堆积材料总质量相同的情况下，规则排列的堆积颗粒的有效导 热系数随着颗粒尺寸的增大而增大。这是因为颗粒尺寸增大后，堆积颗粒中单个接触对的接 触面积增加，以及每个接触对的法向接触热阻减小。

2。2 压紧条件的影响

对于复合壁的热传导研究表明，当对复合壁两侧施加一定压力之后，整个系统的导热性 能有所提高。而颗粒堆积材料由于其结构的特殊性，当对其施加压紧条件时，堆积颗粒的相 对位置及相互作用将会发生明显的变化，从而影响整个颗粒材料的热传导性能发生变化。

施加压紧力后，堆积颗粒中的单个接触对的接触面会发生变形，增加固体材料的接触面 积，减小接触热阻，从而表现出更好的传热性能，载荷越大，传热性能越好。