绝热条件

热力学用语

绝热条件是指体系与外界无热交换的条件，也就是外界热量无法进入体系，体系的热量也无法向外扩散的条件，是一种理想化的条件。

绝热

绝热就是隔绝、阻止热量的传递、散失、对流，使得某个密闭区域内温度或者热量不受外界影响或者外界不能够影响而保持内部自身稳定或者独立发生变化的过程和作用。绝热的作用包括保温和保冷两个方面。绝热常与物质、过程、作用等词构成具有绝热作用特点的合成词。

绝热目的是：减少热损失，节约热量；改善劳动条件，保证操作人员安全；防止设备和管道内液体冻结；防止设备或管道外表面结露；减少介质在输送过程中温度下降；防止火灾；提高耐火绝缘等级；防止蒸发损失。

绝热体系

体系与环境之间可能存在物质交换和能量交换，由此将体系分为三种。

孤立体系：与环境既无物质交换，又无能量交换。例如：暖水瓶中的水大致可以看做孤立体系。

封闭体系：与环境没有物质交换，但有能量交换。例如：拧紧盖子的水瓶里的热水，水不会蒸发到外界去，但是热量会散失。

开放体系：与环境有物质交换。一块冰放在太阳下晒，化成水，进一步可以化成水汽而完全消失，这块冰就可以看做开放体系。

而体系与环境之间的能量交换又分两种：做功和热传递。

如果体系与环境之间没有热传递，就可以看做绝热体系。给自行车轮胎打气时，可以感觉到气筒温度上升，这正是因为气体压强上升的足够快到可视为绝热过程的缘故，热量没有逃逸，因而温度上升。给轮胎放气时，可以明显感觉到放出的气体比较凉，这正是因为气体压强下降的足够快到可视为绝热过程的缘故，气体内能转化为机械能，温度下降。孤立体系一定是绝热体系，适用于熵增定律；有些封闭体系是绝热体系，有些不是，这要看能量交换中有没有热传递，例如拧紧盖子的热水瓶就不是绝热体系。开放体系如果与外界只有物质交换而没有能量交换则是绝热体系，如取集中供暖系统的一段保温性能良好的管子为系统，可视为开口绝热系；开放体系如果与外界有能量交换则不是绝热体系。生物体是开放体系，因为与环境之间存在着物质交换（呼吸、饮食、排泄等）和能量交换（散热、做功），所以生物体不是绝热体系，不适用于熵增定律。

热传递方式

热传递有三种方式：传导、对流和辐射。

传导：热从物体温度较高的部分沿着物体传到温度较低的部分，叫做传导。

热传导是固体中热传递的主要方式。在气体或液体中，热传导过程往往和对流同时发生。各种物质都能够传导热，但是不同物质的传热本领不同。善于传热的物质叫做热的良导体，不善于传热的物质叫做热的不良导体。各种金属都是热的良导体，其中最善于传热的是银，其次是铜和铝。瓷、纸、木头、玻璃、皮革都是热的不良导体。最不善于传热的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花、石棉、软木和其他松软的物质。液体中，除了水银以外，都不善于传热，气体比液体更不善于传热。发热电缆的一部分温度以传导的方式传递给地面。

对流：靠液体或气体的流动来传热的方式叫做对流。

对流是液体和气体中热传递的主要方式，气体的对流现象比液体更明显。利用对流加热或降温时，必须同时满足两个条件：一是物质可以流动，二是加热方式必须能促使物质流动。对流可分自然对流和强迫对流两种：自然对流是由于流体温度不均匀引起流体内部密度或压强变化而形成的自然流动。例如：气压的变化，风的形成，地面空气受热上升，上下层空气产生循环对流等；而强制对流是因受外力作用或与高温物体接触，受迫而流动的，叫强制对流。例如：由于人工的搅拌，或机械力的作用（如鼓风机、水泵等）完全受外界因素的促使而形成对流的。发热电缆的一部分温度传递到空气中形成上下自然对流。

辐射：热由物体沿直线向外射出，叫做辐射。

用辐射方式传递热，不需要任何介质，因此，辐射可以在真空中进行。地球上得到太阳的热，就是太阳通过辐射的方式传来的。发热电缆的温度主要以辐射的形式传递。

原理与途径

绝热体系的获得，就是分别从传导、对流和辐射三种方式上隔绝、阻止热量的传递。

热力学系统始终不与外界交换热量，即dQ =0 的过程。根据热力学第一定律，在绝热过程中，系统对外所作的功等于内能的减少量。根据热力学第二定律，在可逆的绝热过程中，系统的熵不变。用良好绝热材料隔绝的系统中进行的过程，或由于过程进行得太快，来不及与外界有显著热量交换的过程，都可近似地看作绝热过程。例如内燃机、蒸汽机汽缸中工作物质的膨胀过程，压汽机汽缸中的压缩过程，汽轮机喷管中的膨胀过程，以及气象学中空气团的升降过程，还有声波在空气中的传播过程等，都可当作绝热过程处理。

绝热材料分类

将不易传热的材料，即对热流有显著阻抗性的材料或材料复合体称为绝热材料。绝热材料是保温、隔热材料的总称。

按照绝热材料使用温度限度可分为高温用、中温用和低温用绝热材料三种：

中温用绝热材料，使用温度在100~700℃之间。中温用纤维质材料有石棉、矿渣棉和玻璃纤维等；多孔质材料有硅酸钙、膨胀珍珠岩、蛭石和泡沫混凝土等。

高温用绝热材料，使用温度可在700℃以上。这类纤维质材料有硅酸铝纤维和硅纤维等；多孔质材料有硅藻土、蛭石加石棉和耐热粘合剂等制品。

低温用绝热材料，使用温度在100℃以下的保冷工程中。

按其成分不同，可分为有机材料和无机材料两大类：

低温保冷工程多用有机绝热材料，此类材料具有表观密度小、导热系数低、原料来源广、不耐高温、吸湿时易腐烂等特点，如软木、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨基甲酸酯、牛毛毡和羊毛毡等。

热力设备及管道保温用的材料多为无机绝热材料，此类材料具有不腐烂、不燃烧、耐高温等特点。例如石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维、泡沫混凝土和硅酸钙等。

按照施工方法不同可分为湿抹式绝热材料、填充式绝热材料、绑扎式绝热材料、包裹及缠绕式绝热材料。

绑扎式是将一些预制保温板或管壳放在设备或管道外面，然后用铁丝绑扎，外面再涂保护层材料。属于这类的材料有石棉制品、膨胀珍珠岩制品、膨胀蛭石制品和硅酸钙制品等。

浇灌式是将发泡材料在现场灌入被保温的管道、设备的模壳中，经现场发泡成保温（冷）层结构。也有直接喷涂在管道、设备的外壁上，瞬时发泡，形成保温（冷）层。

保护层材料

涂抹式保护层，所用材料由沥青胶泥和石棉水泥砂浆；金属保护层，所用材料有黑铁皮，镀锌铁皮，聚氯乙烯钢板和不锈钢板等；毡、布类保护层，所用材料有油毡、玻璃布、塑料布、帆布等。

绝热结构是由绝热层和保护层两部分组成的。上述绝热材料填充于绝热层，其外部的保护层，因施工方法不同所用的材料不同。

真空绝热板

HIP真空绝热板是近年来顺应建材行业日益迫切的节能要求，利用现代材料制造工艺研发的新一代高级保温材料。经测试，在正确的加工及使用条件下，其表观导热系数达到10- 3 W/m·℃ 数量级，比常规保温材料（如聚苯乙烯硬质塑料，导热系数0.031 W/m·℃）低一个数量级。

HIP真空绝热板构造及绝热原理分析：芯材为超细无机纤维（如超细玻璃棉或超细石棉等材料），并在其中添加高效气体吸附剂以保证板内长期高真空度水平，外侧为起密封、保护及支持作用的复合铝膜，实际生产中添加气体吸附剂后的芯材经预压缩并外敷复合铝膜后经抽真空至10Pa 数量级（如真空度为4~5 Pa)）密封而成。从传热角度分析，该材料具有较理想的绝热物理特征。依据传热学理论，物质与周围介质间单位面积的传热量由传导、对流、辐射三部分构成，总传热量为传导、对流、辐射传热量之和。为获得优良的绝热性能，在一定的工作温度和使用要求下，应设法降低材料的导热系数、对流换热系数和等效发射率。而真空绝热板正是依据这一思路设计的: 超细芯材自身的导热系数就很低，再经高度真空并添加气体吸附剂后其大量孔隙内基本无残留空气的对流效应影响，传热仅通过超细纤维间的辐射和点接触传导进行，这使其表观导热系数较同一材质空气中数据（如超细玻璃棉）低一个数量级以上，外敷的复合铝膜因具有低等效发射率可进一步减少辐射热损失。

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